抛光铜箔衬底上石墨烯可控生长的研究

本文报导以固态聚苯乙烯为碳源,经机械抛光和电化学抛光双重处理的铜箔为衬底,用CVID法进行石墨烯可控生长的研究结果.用光学显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、光透射谱、扫描隧道显微镜和场发射扫描电镜对生长的石墨烯进行了表征.研究发现经过抛光处理的铜箔由于其平整的表面和很低的表面粗糙度,在其上生长的石墨烯缺陷少,结晶质量高.而未经抛光处理的铜箔在石墨烯生长过程中,铜箔不平整的表面台阶会破坏其上生长的石墨烯的微观结构,在生长的石墨烯二维结构中产生高密度晶界和缺陷.还在双重抛光处理的铜箔上实现了石墨烯的层数可控生长,结果表明固态碳源聚苯乙烯的量为15 mg时可生长出单层石墨烯,通过控制固态源重量得到了1～5层大面积石墨烯.     

化学气相沉积法生长石墨烯的研究

以甲烷为碳源,原铜箔和用过硫酸铵清洗过的铜箔为衬底,对比研究了铜的表面结构、生长温度及冷却速率对石墨烯CVD法生长的影响.研究发现经过处理的铜箔表面粗糙度小,显微结构精细,化学活性高,更有利于石墨烯的快速形核与生长.而原铜箔因表面粗糙度大,存在大量粗大纹理结构,化学活性低,使得石墨烯的形核生长需要更高的温度.因而,对于不同衬底,选择合适的生长温度至关重要.而提高冷却速率有利于获得大尺寸、高质量并具有原生生长形貌的石墨烯.     

在MOCVD系统中用预淀积In纳米点低温下合成生长InN

利用低压金属有机化学气相淀积(LP-MOCVD)系统,在(0001)蓝宝石衬底上采用预淀积In纳米点技术低温合成制备了立方相的InN薄膜.首先以TMIn作源在蓝宝石衬底表面预淀积了一层金属In纳米点,然后在一定条件下合成生长InN薄膜.X射线衍射谱(XRD)和X射线光电子发射谱(XPS)显示适当的预淀积In不仅能够促进InN的生长,同时还能够抑制金属In在InN薄膜中的聚集.原子力显微镜(AFM)观察表明,金属In纳米点不仅增强了成核密度,而且促进了InN岛的兼并.自由能计算表明预淀积的In优先和NH3分解得到的NH与N基反应生成InN.我们认为这种优先生成的InN为接下来InN的生长提供了成核位,从而促进了InN的生长.     

高温退火Cu(111)衬底上生长高质量厘米尺寸单晶石墨烯（英文）

二维(2D)石墨烯具有原子层厚度,在电子器件中展示出突破摩尔定律限制的巨大潜力。目前,化学气相沉积(CVD)是一种广泛应用于石墨烯生长的方法,满足低成本、大面积生产和易于控制层数的需求。然而,由于催化金属(例如Cu)衬底一般为多晶特性,导致CVD法生长的石墨烯晶体质量相对较差。为此,通过高温退火工艺制备了Cu (111)单晶衬底,使石墨烯的初始成核过程得到了很好的控制,从而实现了厘米尺寸的高质量单晶石墨烯的制备。根据二者的晶格匹配关系,Cu (111)衬底为石墨烯生长提供了唯一的成核取向,相邻石墨烯成核岛的边界能够缝合到一起。单晶石墨烯具有高电导率,相较于原始多晶Cu上生长的石墨烯(1 415.7Ω·sq^-1),其平均薄层电阻低至607.5Ω·sq^-1。高温退火能够清洁铜箔,从而获得表面粗糙度较低的洁净石墨烯。将石墨烯用于场效应晶体管(FET),器件的最大开关比为145.5,载流子迁移率为2.31×10³ cm²·V^-1·s^-1。基于以上结果,相信本工作中...     

填隙法在抛光铜衬底上制备高质量石墨烯薄膜

本文对在抛光铜衬底上通过填隙法制备的高质量石墨烯薄膜进行了详细研究.在电化学机械抛光后的铜衬底上制备石墨烯晶畴,降低了晶畴的成核密度.利用光学显微镜和扫描电子显微镜对抛光铜衬底和未抛光铜衬底上制备的石墨烯晶畴进行测试,测试结果表明,铜衬底的表面形态对于降低石墨烯的成核密度,增大石墨烯晶畴的尺寸起到了至关重要的作用.利用拉曼面扫描证明了所制备的石墨烯晶畴为单层、均匀的石墨烯晶畴.然后,通过填隙法在抛光铜衬底上制备出由大尺寸单层的六边形石墨烯晶畴组成的石墨烯连续薄膜,并且通过流程示意图解释了填隙法制备高质量石墨烯薄膜的过程.本文所提出的在抛光铜衬底上通过填隙法制备石墨烯薄膜的技术,能够有效提高石墨烯薄膜的质量,进而有效改善石墨烯基电子器件的性能.     

p型掺杂晶体硅的低温液相(001)外延生长研究

为寻求以低成本制备n型太阳电池的pn结,进行了Al-17.6wt;Si合金熔体中(001)n型单晶硅衬底上液相外延生长p型掺杂硅实验.所用方法为垂直浸渍法,实验了过冷恒温生长与回熔处理后连续冷却生长两种模式,过程中体系以流动高纯氩保护.对所得外延生长晶体结构、形貌及所得pn结开路电压进行了分析和测定.结果显示,合金熔体中硅晶体(001)液相外延生长能够实现,但一般呈离散分布的金字塔型岛状生长;只有衬底回熔处理后原位连续降温生长模式可获得连续外延薄膜,之后在其上出现岛状生长,呈现Stranski-Krastanov生长模式.所得连续外延薄膜形成的pn结开路电压比恒温生长所得的提升约100 mV;连续外延薄膜形成后期出现的岛状生长使开路电压明显下降;生长速度提高会使连续降温外延生长pn结开路电压略有降低.     

GaAs衬底温度对液滴外延法生长In液滴的影响

采用液滴外延法在GaAs(001)衬底上生长In液滴,利用原子力显微镜(AFM)对不同衬底温度下生长的样品进行表征,观察其表面形貌。研究表明In液滴的生长对衬底温度十分敏感,随着衬底温度的升高,液滴密度逐渐减小,液滴尺寸逐渐增大。分析了In液滴在不同衬底温度形成过程的物理机制,解释了该实验现象的原因。根据成核理论中最大团簇密度与衬底温度之间的关系,拟合计算出In液滴密度与衬底温度满足的函数关系为n_x=5.17 exp(0.69 eV/kT)。     

衬底温度对In2S3薄膜结构及其性能的影响

采用超声喷雾热解法,在玻璃基底上一步合成了In2S3薄膜.研究了衬底温度对In2S3薄膜的结构、表面形貌、电学和光学性能影响.结果表明:所制备的In2S3薄膜均具有沿(220)面择优取向生长特性且无其他杂相,衬底温度对薄膜的均匀性、致密度、结晶程度均有明显影响,并因此影响薄膜的光电性能.薄膜的导电件随着衬底温度的升高迅速增强,但足在衬底温度为350℃时有所降低.衬底温度为300℃所制备的薄膜在可见光区透光率最高达到90;以上,禁带宽度达到2.43 eV.     

化学气相沉积法制备石墨烯晶畴的氧气刻蚀现象研究

利用化学气相沉积法在抛光铜衬底上制备出六角形石墨烯晶畴,并对石墨烯晶畴进行氧气刻蚀.刻蚀完成后,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察到石墨烯晶畴表面的褶皱被刻蚀成网络状和短线状形貌的刻蚀条纹,并且刻蚀条纹的密度分布差异较大.通过电子背散射衍射测试证明了铜衬底的晶向与褶皱的形貌和密度分布有密切关系,不同的铜衬底晶向会影响褶皱的形貌和密度分布.通过改变刻蚀时间和刻蚀温度,发现刻蚀温度对石墨烯的氧气刻蚀具有更重要的影响,当刻蚀温度高于250 ℃时,刻蚀速率明显提高.这种氧气刻蚀方法,为观察石墨烯表面褶皱的形态和密度分布提供了一种便捷的途径.     

铟掺杂的氧化锌纳米带的制备和发光特性

以混合的ZnO粉和金属In作为前驱物,通过化学气相沉积方法在Si衬底上合成了In掺杂的ZnO纳米带.利用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及附带的能谱仪对它们的结构和成分进行了表征.结果表明,ZnO纳米带沿<1010>方向生长;In的掺杂浓度是21;原子分数.讨论了ZnO纳米带的形成机制和光致发光特性.