白石墨烯薄膜的CVD法制備及生長熱動力學(xué)研究.pdf

1、六方氮化硼(h-BN)是由硼、氮原子以sp2雜化形式構(gòu)筑的呈蜂巢結(jié)構(gòu)的層狀晶體材料。單層h-BN在結(jié)構(gòu)上與石墨烯十分相似，常被稱為“白石墨烯”。2005年，科學(xué)家首次制備出了原子級厚度的h-BN薄膜，發(fā)現(xiàn)單層或少層h-BN薄膜表現(xiàn)出了優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)特性，這引起了科研人員的極大興趣。另外，h-BN薄膜由于具有大的禁帶寬度、平滑的原子級表面、大的介電常數(shù)等特性，不僅可以和石墨烯復(fù)合制備異質(zhì)結(jié)構(gòu)用來打開石墨烯能帶，而且還是石墨烯材料的理想襯

2、底，可以用來提高石墨烯載流子遷移率。
　　近幾年，用CVD法制備六方氮化硼薄膜雖然取得一些進(jìn)展，但是制備的h-BN薄膜材料還是很難滿足實(shí)際應(yīng)用。一方面，由于成本過高，采用真空化學(xué)氣相沉積(UHCVD，LPCVD)生長h-BN在工業(yè)上很難得到推廣，而采用常壓化學(xué)氣相沉積法(APCVD)制備的原子級h-BN又存在缺陷多、單晶尺寸小等不足;另一方面，對h-BN的生長機(jī)理與生長熱動力學(xué)行為缺少系統(tǒng)性的研究，無法為制備優(yōu)質(zhì)h-BN薄膜提供理

3、論指導(dǎo)，導(dǎo)致大面積單層h-BN的制備滿足不了石墨烯的應(yīng)用。
　　本文圍繞這兩個話題，研究了用CVD方法制備h-BN薄膜材料，以薄膜覆蓋率、單晶尺寸、薄膜厚度為主要關(guān)注點(diǎn)，重點(diǎn)討論了催化襯底、生長時間、生長溫度、前驅(qū)體加熱溫度、氣體流速對它們的影響，以及氫氣對薄膜的刻蝕行為，系統(tǒng)的研究了h-BN的生長機(jī)理及CVD生長熱動力學(xué)。另外，本文基于高質(zhì)量大面積h-BN薄膜的制備，組裝了石墨烯（graphene）/氮化硼(h-BN)/石墨烯(

4、graphene)“三明治”異質(zhì)結(jié)構(gòu)，研究了器件的電學(xué)性能，探索h-BN薄膜的應(yīng)用。
　　各章節(jié)主要內(nèi)容:
　　1.第一章，我們主要介紹了氮化硼納米材料的基本概念，CVD法制備h-BN二維納米材料的研究進(jìn)展，以及h-BN材料的特性和應(yīng)用。
　　2.第二章，我們介紹了實(shí)驗(yàn)材料、研究方法、實(shí)驗(yàn)步驟等內(nèi)容。
　　3.第三章，我們采用常壓化學(xué)氣相沉積法，以氨硼烷為前驅(qū)體，在多晶銅表面成功制備了氮化硼單晶以及覆蓋率高的h-

5、BN薄膜。
　　4.第四章，我們主要研究了CVD制備h-BN的生長熱動力學(xué)，以及生長參數(shù)在過程中起到的作用。以單晶尺寸、薄膜覆蓋率、薄膜厚度為主要關(guān)注點(diǎn)，探究了前驅(qū)體質(zhì)量、氣流流量、銅箔襯底、生長溫度、生長時間對它們的影響。本章詳細(xì)論述了CVD的生長過程及參數(shù)影響機(jī)理。
　　5.第五章，我們研究了氫氣對h-BN的刻蝕行為，發(fā)現(xiàn)在不同濃度的氫氣條件下，氫氣對h-BN的刻蝕速率以及刻蝕圖案都不同。我們對此現(xiàn)象作了簡要的討論與分析