石墨烯微結構制備研究.pdf

1、科學技術的發(fā)展進步對光電功能器件提出了更高的要求，如響應速度更快、工作頻段更寬、信息密度更大、單位能耗更小，而以硅材料為基礎的傳統(tǒng)器件越來越無法滿足日益增長的需求。石墨烯是碳原子以sp2雜化形成的單原子層二維平面材料，在狄拉克點附近能量與動量呈簡單的線性關系，電子運動有效質量等于零，具有極高的遷移率極低的電阻率，電子和空穴能帶面相接于費米面，使得石墨烯成為零帶隙材料，而且石墨烯對幾乎所有頻段光的吸收率都在2.3％上下，同時有研究表明石墨

2、烯是已知導熱性能最好、機械強度最高的納米材料，這些獨特的力、熱、光、電性質使得石墨烯被公認為可取代硅成為下一代超高頻晶體管材料。目前研究熱點主要包括石墨烯基本性質特別是光電性質的研究，大面積高質量石墨烯薄膜的制備工藝的研究，新型石墨烯功能器件的設計和加工技術的研究，相關工作對于推動科技進步和社會發(fā)展具有重要的意義。石墨烯微結構加工是實現石墨烯實際應用的關鍵點之一，目前仍有許多科學問題和技術難題沒有解決，如邊緣光滑石墨烯窄帶的獲得，超短激

3、光脈沖與石墨烯的作用機制，加工線寬的控制，加工邊界平整度的控制等。本論文實驗研究了飛秒激光直寫和偶氮聚合物定向光流技術用于石墨烯微結構加工，主要內容如下：
　　 1.綜述了石墨烯的力、熱、光、電性質以及生長制備方法，簡單介紹了石墨烯功能器件的設計和加工制造手段，重點介紹了飛秒激光微加工技術。
　　 2.研究飛秒激光加工多層還原氧化石墨烯薄膜。生成的石墨烯納米帶寬度與入射激光的波長、脈沖能量、聚焦性質相關，通過優(yōu)化參數，可

4、以實現從492nm到14μm的連續(xù)可控的加工。同時加工過程實現圖形化，自動化，靈活簡潔可以高分辨地加工任意復雜結構。使用的樣品為化學剝離法制備的多層還原氧化石墨烯薄膜，在與金屬電極一起加工時，可以通過控制加工參數實現石墨烯薄膜的全部或部分刻蝕。
　　 3.研究飛秒激光加工化學氣相沉積(CVD)法制備得的單層、少層石墨烯薄膜。發(fā)現基底對于加工過程具有重要影響，在金屬基底上刻蝕比在硅或二氧化硅基底上刻蝕的界面更光滑整齊，同時由于石墨

5、烯對光的吸收率很低，在加工過程中容易損傷基底，而通過刻蝕后再轉移的方式，可實現基底無損傷，且加工殘留物被很好地去除。
　　 4.研究了偶氮聚合物(PDO3)定向光流技術加工石墨烯微結構。介紹了PDO3聚合物的合成方法、光學性質，利用處于吸收峰附近的488nm激光照射，實現對PDO3空間構型的控制，通過優(yōu)化激光的偏振態(tài)、照射功率和曝光時間，進一步壓縮采用常規(guī)手段制備的掩膜板的尺寸，進一步降低微結構線寬。使用的PDO3聚合物價格低廉