聚焦離子束下圖形化對(duì)單層石墨烯性能影響的研究.pdf

1、石墨烯是碳的同素異形體的基本組成單元，具有獨(dú)特的平面二維結(jié)構(gòu)。由于其優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械性能，石墨烯成為新型材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。基于石墨烯的器件通常是采用電子束光刻結(jié)合等離子刻蝕的方法制備的。然而，電子束光刻過(guò)程中使用的光刻膠會(huì)污染石墨烯表面并降低其傳輸特性。聚焦離子束（Focused ion beam, FIB）刻蝕是半導(dǎo)體工業(yè)廣泛使用的加工工藝，具有高加工精度的同時(shí)不需要進(jìn)行旋涂光刻膠處理，能夠避免對(duì)石墨烯造成的損傷。本文采用聚焦

2、離子束系統(tǒng)下的鎵離子束對(duì)單層石墨烯進(jìn)行圖形化處理，借助拉曼光譜儀（Raman spectroscopy, RS）和原子力顯微鏡（Atom force microscope, AFM）對(duì)石墨烯進(jìn)行表征，通過(guò)改變離子滯留時(shí)間研究不同劑量的鎵離子對(duì)單層石墨烯性能造成的影響。
　　采用化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯，并將其轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上。采用RS對(duì)輻照前后的石墨烯進(jìn)行Raman光譜表征。表明：原始石墨烯呈現(xiàn)出典型的單層石墨烯的Raman光譜；

3、隨著離子劑量的增加，D峰和G峰的比值先增大后減小，G峰和2D峰的半峰寬增大，同時(shí)G峰和2D峰峰強(qiáng)逐漸減弱。離子輻照造成石墨烯中缺陷密度增加，導(dǎo)致D峰增強(qiáng)，同時(shí)造成石墨烯晶格紊亂，導(dǎo)致G峰和2D峰強(qiáng)度減弱、半峰寬增加。當(dāng)缺陷發(fā)生聚集時(shí)，非晶化區(qū)域增多，石墨烯特征峰逐漸減弱。
　　采用AFM下的峰值力輕敲模式，分別對(duì)離子輻照前后石墨烯的表面形貌進(jìn)行表征。表明：隨著離子劑量增加，石墨烯的表面粗糙度先減小后增大。當(dāng)離子劑量較小時(shí)，離子濺射

4、碳原子并轟擊表面雜質(zhì)，導(dǎo)致大尺寸雜質(zhì)減少，再加上離子輻照時(shí)的熱退火作用減少表面吸附物，導(dǎo)致石墨烯的表面粗糙度減小。繼續(xù)增大劑量，懸掛鍵增多，形成碳?xì)浠衔锒逊e，同時(shí)離子輻照使石墨烯表面產(chǎn)生褶皺，因此石墨烯的表面粗糙度增大。
　　采用AFM下的掃描電容模塊和開(kāi)爾文探針模塊表征離子輻照前后石墨烯的電學(xué)性能和功函數(shù)的變化。表明：石墨烯樣品的電容信號(hào)減小，石墨烯的功函數(shù)先增大后減小。鎵離子輻照導(dǎo)致石墨烯的缺陷密度增加，石墨烯發(fā)生金屬-絕緣