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碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究

詹晓伟  
【摘要】:石墨烯是一种碳原子紧密堆积的蜂窝状二维晶格结构,这种最简单的复杂材料在04年制备出来以后因其表现出的各种优异的物理、化学、电学等特性以及由此有望产生的广泛的应用空间,让许多科研者投身到对它的研究之中。文中介绍了如今制备石墨烯的主流方法,着重介绍利用碳化硅外延石墨烯的发展以及优势,这种不用转移衬底制备石墨烯的方法为后续微纳电子的发展提供了保证。从目前发展来看,制备大面积高质量石墨烯是后续对其深入研究的基础。 本文利用已有的实验条件,成功利用碳化硅在超高真空条件退火后制备出石墨烯,并利用AFM、拉曼频谱等工具实现了对石墨烯大小的估算测量与表征,通过对于工艺条件的改进实现了微米级别石墨烯生长,虽然这样大小的面积还是无法满足后续研究,但是相信随着对于生长机理、工艺条件比如生长的气氛、压力、温度、退火时间的研究与石墨烯表征手段的探索,很快能实现制备并表征大面积高质量的石墨烯,为后续进一步研究石墨烯相关性质和实际应用打下良好的基础。 本文还研究了利用分子动力学模拟软件,模拟研究6H-SiC(000-1)面在1500K条件下表面碳原子退火形成石墨烯结构物理过程。结果表明碳化硅表面碳原子的覆盖层数越多越有利于石墨烯生长。同时模拟发现碳化硅碳面石墨烯生长好于硅面,和实验报道吻合,并利用原子间的吸附能解释这一现象,说明选择合适的碳化硅表面有利于控制生长石墨烯。模拟结果提供了一条从分子水平了解石墨烯生长形貌和机理的途径,并能有助于从实验上改善石墨烯生长工艺。


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