Pd、Ag沉積對(duì)石墨烯電子結(jié)構(gòu)的影響研究.pdf

1、石墨烯是一種二維的新型材料，具有高的載流子濃度、室溫下高的載流子遷移率、半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)、室溫量子霍爾效應(yīng)等獨(dú)特的電學(xué)性能，在納米電子器件和新型氣敏傳感器上有良好的應(yīng)用前景。石墨烯本身對(duì)氫氣不敏感，且本征石墨烯為零帶隙材料，需要進(jìn)行元素?fù)诫s來(lái)造成一定的帶隙。因此研究者采用Pt、Pd金屬摻雜的石墨烯來(lái)制備氣敏器件，并提高其氫敏性能。
　　本論文工作采用電子束蒸發(fā)沉積方法，通過(guò)優(yōu)化工藝制備較為理想的Pd、Ag沉積層。采用35mA的電

2、子束流在化學(xué)氣相沉積的銅基石墨烯表面分別沉積約1 nm、12 nm的Pd納米層，通過(guò)掃描電鏡觀察沉積層的微觀形態(tài)，XPS分析沉積Pd層的化學(xué)價(jià)態(tài)，研究金屬在石墨烯表面的沉積機(jī)理。工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)合沉積層的表面微觀形貌、化學(xué)價(jià)態(tài)表明，在相同的電子束流下，沉積量較小時(shí)(1nm)在石墨烯表面形成分散的、不連續(xù)的納米顆粒，Pd易被氧化;隨著沉積量增加(12 nm)，Pd納米顆粒逐漸長(zhǎng)大、連接成膜形成較致密的納米薄膜，在大氣中穩(wěn)定性較高。對(duì)沉積12 n

3、m Pd的銅基石墨烯樣品進(jìn)行XPS+Ar離子濺射深度剖析，發(fā)現(xiàn)沉積層由外到內(nèi)，依次為表面無(wú)定形碳、Pd金屬層、含碳的Pd-Cu金屬界面和銅基底。Pd-Cu金屬界面的碳為石墨烯層，其主要成分為sp2雜化的碳原子，向Pd或Cu的擴(kuò)散非常小，表明在沉積過(guò)程中石墨烯具有較好的穩(wěn)定性。通過(guò)Raman光譜分析表明沉積1 nm Pd的石墨烯的D峰顯著增強(qiáng)，說(shuō)明在此電子束流下蒸發(fā)的Pd原子沉積在石墨烯表面時(shí)具有一定的剩余動(dòng)能，對(duì)石墨烯的晶格造成損傷;G

4、峰、2D峰紅移，這是由于晶格錯(cuò)配，Pd沉積導(dǎo)致石墨烯在碳原子平面內(nèi)受應(yīng)力所致。因此在SiO2基石墨烯表面沉積Pd、Ag時(shí)，沉積均采用對(duì)應(yīng)最小蒸發(fā)速率的電子束流進(jìn)行蒸發(fā)(Pd25 mA，Ag15 mA)，沉積厚度約3 nm。
　　對(duì)沉積3 nm Pd、3 nmAg前后SiO2基石墨烯進(jìn)行拉曼光譜進(jìn)行對(duì)比研究，重點(diǎn)考察石墨烯G峰、D峰和2D峰的位置和峰形變化，研究金屬沉積對(duì)石墨烯表面結(jié)構(gòu)、應(yīng)力的影響。沉積3 nmPd和Ag之后，石墨烯

5、的G峰、2D峰均被寬化，但G峰、2D峰未觀察到明顯的位移，表明沉積層金屬原子對(duì)石墨烯的摻雜效應(yīng)并不明顯。表面沉積Ag納米顆粒的樣品，其拉曼譜峰強(qiáng)度為未摻雜樣品的15倍左右，說(shuō)明納米銀沉積對(duì)石墨烯拉曼光譜有明顯的表面增強(qiáng)效應(yīng)。
　　為進(jìn)一步觀察表面摻雜效應(yīng)，對(duì)SiO2絕緣基底上本征石墨烯、沉積3 nm Pd金屬顆粒的石墨烯和沉積3 nm Ag金屬顆粒的石墨烯的霍爾效應(yīng)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)比其載流子種類和濃度，結(jié)果表明沉積3nmPd后SiO2