石墨烯及其場效應(yīng)晶體管

1、錦生炭素石墨烯是由sp2雜化碳原子構(gòu)成的一種具有蜂窩狀六方點陣結(jié)構(gòu)的二維納米材料是構(gòu)成其它維度碳材料的基礎(chǔ)。石墨烯的長程π共軛電子使其具有優(yōu)異的熱學、機械和電學性能。因此研究者對石墨烯未來在納米電子學、材料科學、凝聚態(tài)物理以及低維物理方面的應(yīng)用產(chǎn)生了廣泛的興趣但石墨烯在電子領(lǐng)域的應(yīng)用受限于它的零帶隙特性。為了打開石墨烯的帶隙研究者探索了許多方法比如剪裁石墨成量子點、納米帶、納米網(wǎng)格或者把石墨烯鋪到特殊的襯底上其中一個可行的方法就是通過摻

2、雜來調(diào)控石墨烯的電學性質(zhì)但本征石墨烯具有完美的蜂窩狀結(jié)構(gòu)很難通過雜質(zhì)原子的摻雜來調(diào)控其電學性能為此本文重點對N離子注入實現(xiàn)石墨烯的摻雜進行了探索。本文制備了機械剝離和還原氧化兩類石墨烯利用光學顯微鏡、AFM、拉曼光譜、傅里葉紅外光譜、XPS、AES等手段對石墨烯進行了表征對兩類石墨烯分別進行了N離子注入和隨后的退火處理成功實現(xiàn)了兩類石墨烯的摻雜并制備了相應(yīng)的石墨烯場效應(yīng)晶體管研究了其電學性能。得出的主要結(jié)果如下:①利用表征石墨烯的重要工

3、具——拉曼光譜研究了石墨烯缺陷的變化與離子注入劑量之間的關(guān)系。得到了合適的離子注入的劑量:11014cm2在此劑量下石墨烯表面會有適當?shù)娜毕萦脕頁诫s并且這些缺陷可以通過退火來消除②發(fā)現(xiàn)在氮氣中退火樣品的拉曼光譜譜峰的藍移比在氨氣中的明顯。這可能是因為在氨氣中退火后氮原子摻雜進石墨烯使得石墨烯產(chǎn)生較小的應(yīng)變③采用XPS和AES檢測了在氮氣和氨氣氣氛中退火的離子注入石墨烯樣品。結(jié)果顯示在氮氣中退火的樣品中沒有N信號而在氨氣退火的樣品中有N信

4、號。結(jié)果說明了離子注入的石墨烯通過在氨氣中退火實現(xiàn)了N摻雜④為了研究不同石墨烯樣品的電學性質(zhì)制備了背柵石墨烯場效應(yīng)晶體管。結(jié)果顯示本征石墨烯場效應(yīng)晶體管是雙極晶體管它的電導最小值位于正柵壓位置說明石墨烯是p型摻雜。用在氮氣中退火的離子注入石墨烯制備的場效應(yīng)晶體管的雙極特性消失了電導最小值仍然處于正柵壓位置還是p型摻雜。用在氨氣中退火的離子注入石墨烯制備的場效應(yīng)晶體管顯示出了雙極特性在真空中它的電導最小值位于負柵壓位置表明是n型摻雜。此外

5、本文還研究了還原石墨烯的摻雜利用拉曼光譜和傅里葉紅外光譜表征了N離子注入后的還原石墨烯的結(jié)構(gòu)制備了場效應(yīng)晶體管并測試了其電學性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)N離子注入還原石墨烯和本征石墨烯不同N離子與還原后的氧化石墨烯表面的官能團發(fā)生了反應(yīng)從而起到了摻雜的效果。通過場效應(yīng)晶體管的測試發(fā)現(xiàn)N離子注入具有調(diào)節(jié)晶體管閾值電壓的功能。分子式：C1）耐高溫型：石墨的熔點為385050℃，沸點為4250℃，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數(shù)也很小。石墨

6、強度隨溫度提高而加強，在2000℃時，石墨強度提高一倍。從現(xiàn)有的文獻中可以查知，膨脹石墨是一種性能優(yōu)良的吸附劑，尤其是它具有疏松多孔結(jié)構(gòu)，對有機化合物具有強大的吸附能力，1g膨脹石墨可吸附80g石油，于是膨脹石墨就被設(shè)計成各種工業(yè)油脂和工業(yè)油料的吸附劑。錦生炭素9、電極，石墨何以能取代銅做為電極？碳的存在形式是多種多樣的，有晶態(tài)單質(zhì)碳如金剛石、石墨；有無定形碳如煤；有復(fù)雜的有機化合物如動植物等；碳酸鹽如大理石等。單質(zhì)碳的物理和化學性質(zhì)取

7、決于它的晶體結(jié)構(gòu)。高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨晶體結(jié)構(gòu)不同，各有各的外觀、密度、熔點等。碳化合物一般從化石燃料中獲得，然后再分離并進一步合成出各種生產(chǎn)生活所需的產(chǎn)品，如乙烯、塑料等。隱品質(zhì)石墨又稱非晶質(zhì)石墨或土狀石墨，這種石墨的晶體直徑一般小于1微米，比表面積范圍集中在15m2g，是微晶石墨的集合體，只有在電子顯微鏡下才能見到晶形。此類石墨的特點是表面呈土狀，缺乏光澤，潤滑性也差。品位較高。一般的60～80％。少數(shù)高達90％以上。礦石

8、可選性較差。正是這種無可比擬的優(yōu)勢，石墨逐漸取代銅成為EDM電極的首選材料目前世界上已有十幾個國家（包括我國）均合成出了金剛石。但這種金剛石因為顆粒很細，主要用途是做磨料，用于切削和地質(zhì)、石油的鉆井用的鉆頭。當前，世界金剛石的消費中，80%的人造金剛石主要是用于工業(yè)，它的產(chǎn)量也遠遠超過天然金剛石的產(chǎn)量。器、泵設(shè)備。廣泛應(yīng)用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門，可節(jié)省大量的金屬材料。（4）沒有毛刺；銅電極在加工完成后，

9、還需手工進行修整以去除毛刺，而石墨加工后沒有毛刺，節(jié)約了大量成本，同時更容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)；名字來源：源于希臘文“graphein”，意為“用來寫”。由德國化學家和礦物學家A.G.Werner于1789命名；2鱗片石墨1、作耐火材料：石墨及其制品具有耐高溫、高強度的性質(zhì)，在冶金工業(yè)中主要用來制造石墨坩堝，在煉鋼中常用石墨作鋼錠之保護劑，冶金爐的內(nèi)襯。膨脹石墨膨脹石墨石墨新用途：類別：自然元素非金屬元素碳族石墨與金剛石石墨與金剛石隨著科學

10、技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對石墨也開發(fā)了許多新用途。有很多種，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的就有36種。它們的共同特點就是具有架狀結(jié)構(gòu)，就是說在它們的晶體內(nèi)，分子像搭架子似地連在一起，中間形成很多空腔。因為在這些空腔里還存在很多水分子，因此它們是含水礦物。這些水分在遇到高溫時會排出來，比如用火焰去燒時，大多數(shù)沸石便會膨脹發(fā)泡，像是沸騰一般。沸石的名字就是因此而來。不同的沸石具有不同的形態(tài)，如方沸石和菱沸石一般為軸狀晶體，片沸石和輝沸石則呈板狀，絲光沸石又成了針狀

11、或纖維狀等等。各種沸石如果內(nèi)部純凈的話，它們應(yīng)該是無色或白色，但是如果內(nèi)部混入了其他雜質(zhì)，便會顯出各種淺淺的顏色來。沸石還具有玻璃樣的光澤。我們知道沸石中的水分可以跑出來，但這并不會破壞沸石內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)。因此，它還可以再重新吸收水或其他液體。于是，這也成了人們利用沸石的一個特點。我們可以用沸石來分離煉油時產(chǎn)生的一些物質(zhì)，可以讓它使空氣變得干燥，可以讓它吸附某些污染物，凈化和干燥酒精等等。沸石礦物有很廣的分布。特別多見于由火山碎屑形成的