N摻雜石墨烯及其場效應晶體管研究.pdf

1、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。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用產(chǎn)生了廣泛的興趣，但石墨烯在電子領域的應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

2、通過摻雜來調(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；并制備了相應的石墨烯場效應晶體管，研究了其電學性能。

3、r>　　得出的主要結(jié)果如下：
　?、倮帽碚魇┑闹匾ぞ摺庾V，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：1×1014cm-2，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)生較小的應變；
　　③采用XPS和AES檢測了在

4、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；
　?、転榱搜芯坎煌悠返碾妼W性質(zhì)，制備了背柵石墨烯場效應晶體管。結(jié)果顯示，本征石墨烯場效應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晶體管的雙極特性消失了，電導最小值仍然處于正柵壓

5、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，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，從而起到了摻雜的效果。通過場效應晶體管