绝缘衬底对CVD生长石墨烯的影响研究进展

石墨烯自从2004年问世之后,由于独特的结构和优异的性能很快便成为了碳素家族的明星而引起了各界的关注.石墨烯独特的电学性能使其有望替代硅成为下一代半导体工业的主角.然而要实现石墨烯电子器件的构建,必须先解决在绝缘或半导体衬底上直接制备石墨烯的难题.综述了近几年不同绝缘衬底对化学气相沉积法制备石墨烯所产生的影响,分析比较了不同绝缘衬底的优缺点,并展望了石墨烯的发展及应用前景.     

负衬底偏压对碳纳米管生长的影响

利用负衬底偏压增强热灯丝化学气相沉系统制备了碳纳米管，用扫描电子显微镜研究了碳纳米管的生长，结果表明碳纳米管的生长随着负衬底偏压的增大先增强，然后减弱，并且出现了部分准直的碳纳米管，分析和讨论了负衬底偏压对碳纳米管生长的影响。     

固态碳源温度对CVD法生长石墨烯薄膜影响的研究

以聚苯乙烯为固态碳源,抛光铜箔为衬底,通过改变固态碳源的温度探索了固态碳源温度对双温区化学气相沉积法生长石墨烯的影响。样品采用拉曼散射光谱、紫外-可见分光光度计和扫描电子显微镜进行了表征。结果表明,固态碳源温度的变化直接影响了气相碳源浓度,通过控制固态碳源温度,可以控制所得石墨烯的层数。固态碳源动态变温生长能够在生长的起始阶段降低石墨烯形核密度,同时打破晶粒长大时氢气刻蚀速率与石墨烯生长速率的动态平衡,可以有效地提升石墨烯的覆盖率。最终在衬底温度为1000℃条件下使用固态碳源动态变温制备了I2D/IG达到2.91,透过率为97.6%的高质量单层石墨烯薄膜。     

铜基底预处理对CVD法生长石墨烯薄膜的影响

化学气相沉积法是制备大尺寸、高质量石墨烯的有效方法, 其中金属催化剂的性能直接关系到所制备的石墨烯材料的品质, 因此需对金属催化剂进行表面预处理。本文研究了不同的预处理工艺对常用的铜基底催化剂表面状态的影响, 提出了钝化膏酸洗和电化学抛光协同处理的有效方法, 并对电化学抛光工艺参数(抛光电压、时间)以及铜基底退火工艺(退火温度、时间)等进行了系统研究。研究表明: 电化学抛光电压过高、抛光时间过长容易导致过度抛光, 合适的抛光电压和抛光时间分别为8 V和8 min。退火温度和时间对铜催化剂表面晶粒形态影响较大, 经1000 ℃退火处理30 min后, 铜箔表面晶粒尺寸更大, 分布更均匀。此外, 对CVD法生长制备的石墨烯样品进行表征, 电镜图片和拉曼光谱显示, 获得的石墨烯薄膜的层数较少, 且结构缺陷较少。     

衬底温度对碳纳米管生长和结构的影响

用CH4、NH3和H2为反应气体,利用等离子体增强热丝化学气相沉积在沉积有Ta缓冲层和Ni催化剂层的Si衬底上制备了准直碳纳米管,并用扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了它们的生长和结构随温度的变化.结果表明生长的准直碳纳米管是竹节型结构,其直径随衬底温度的降低而减小,生长速率随衬底温度的升高有一极值.从催化剂在衬底温度作用下的变化开始,分析了衬底温度对碳纳米管生长和结构的影响.     

蓝宝石衬底上石墨烯的制备研究

开展了化学气相沉积(CVD)法在蓝宝石衬底上直接生长石墨烯的制备研究和模拟研究,研究衬底表面形貌和生长温度对石墨烯的影响。运用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、拉曼光谱(Raman)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等对石墨烯生长开展了微结构研究。模拟研究发现,氢气对衬底表面形貌具有重要影响,在H原子的作用下Al—O键被拉长了51.42%,近乎断裂,因而对蓝宝石衬底的表面粗糙度产生影响。实验发现H_2对蓝宝石衬底有刻蚀作用,刻蚀后的蓝宝石衬底表面粗糙度Ra变大,不易于石墨烯生长。随着生长温度的升高,生长的石墨烯质量也逐渐变好。     

化学气相沉积制备大面积高质量石墨烯的研究进展

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积形成的一种碳质新材料,具有优良的电学、光学、热学及力学等性质。在众多的石墨烯制备方法中,化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)最有可能实现大面积、高质量石墨烯的可控制备。综述了CVD方法制备大面积、高质量石墨烯的影响因素,包括衬底、碳源及生长条件(气体流量、生长温度、等离子体功率、生长压强、沉积时间、冷却速率等)。最后展望了CVD方法制备石墨烯的发展方向。     

热丝CVD法低温制备的多晶硅薄膜质量对衬底依赖性的研究

以SiH4和H2作为反应气体,采用HWCVD的方法分别在石英玻璃、AZO、Si（100）和Si（111）衬底上制备了多晶硅薄膜。利用X射线衍射（XRD）,拉曼（Raman）光谱和傅里叶红外（FT-IR）吸收光谱研究了不同衬底对多晶硅薄膜的择优取向、晶化率和应力的影响,用SEM观察了多晶硅薄膜的表面形貌。研究发现在4种衬底上生长的多晶硅薄膜均为（111）择优取向。单晶硅片对多晶硅薄膜有很强的诱导作用,并且Si（111）的诱导作用优于Si（100）的诱导作用。AZO对多晶硅薄膜生长也有一定的诱导作用。通过计算薄膜晶态比,得到除以石英为衬底的样品外,其它3种样品的晶态比均在90%以上,尤其以单晶硅片为衬底的样品更高。石英玻璃、AZO和Si（100）上生长的多晶硅薄膜中均存在压应力。     

化学汽相沉积金刚石薄膜的生长

利用热丝化学汽相沉积法生长出优异的金刚石薄膜，研究表明，金刚石的成核依赖于沉积点的尖锐度，薄膜的生长包括晶粒长大和薄膜上的二次成核及其生长，可用分层生长来描述，金刚石晶粒的生长由外延生长和二次成核及其生长组成。也是分层进行的，结果导致了金刚石晶体和薄膜的层状结构。     

CVD金刚石的形核和生长

应用自制的热解丝CVD装置,研究了在金刚石沉积过程中改变甲烷浓度对其形核和生长的影响。结果表明,金刚石形核后,增加甲烷浓度,仍然可以在硅基底表面继续形成新的晶核。但是甲烷浓度由0．6％逐渐增加到1．2％时,所得最终形核密度比一开始就将甲烷浓度设为1．2％的形核密度低。新晶核比先形成的晶核具有较大的长大速度,随后所有晶核尺寸逐渐趋向相同。     

基片位置对微波等离子体合成金刚石的影响

用自制的微波功率为5kW的微波等离子体(MPCVD)装置、用H2/CH4/H2O作为反应气体在较高的沉积气压(12.0kPa)条件下,研究了基片放置在等离子体球边缘附近不同位置对CVD金刚石沉积和生长的影响。结果表明,CVD金刚石的形核和生长对环境的要求是不同的;在等离子体球边缘处不利于金刚石的形核,但有利于高质量金刚石的沉积。     

铜基底化学气相沉积石墨烯的研究现状与展望

采用粉末包埋法在中国低活性铁素体马氏体钢（RAFM）基底上制备了低活性渗铝层,利用扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）对渗铝层的形貌和成分进行了分析。结果表明：低活性渗铝层表面铝含量（原子分数）约40％,主要由厚度为15-20μm的FeAl、Fe3-Al及α-Fe（Al）相组成,该渗铝层表面易发生烧结。为避免表面烧结...     

常压CVD法制备Sb掺杂SnO2薄膜的性能研究

以C4H4SnCl3和SbCl3为反应先驱体,采用常压化学气相沉积法制备Sb掺杂SnO2薄膜,研究了薄膜沉积时间、基板温度以及Sb掺杂量对薄膜结构和红外反射性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对所制备薄膜的结构、形貌、成分进行了分析表征。XRD结果表明薄膜具有四方相金红石晶型结构,在基板温度为650℃时能制得结晶性能较好的多晶薄膜;XPS结果表明元素Sb主要以Sb5+的形式掺杂于SnO2薄膜中。还讨论了Sb掺杂量对方块电阻、透射率等薄膜性质的影响。结果表明,当Sb掺杂量为2%,基板温度为600℃,镀膜时间为4min时可制备出可见光透过率为75%、红外透过率仅为30%的薄膜,且此时薄膜方块电阻为38.4Ω/□。     

CVD法与PCVD法TiN薄膜研究

用等离子增强化学气相沉积（ＰＣＶＤ）法和化学气相沉积（ＣＶＤ）法分别制备ＴiV系薄膜。采用扫描电镜、Ｘ射线衍射仪和连续加载压入仪研究分析薄膜的微观结构、相结构和薄膜的力学性能,并采用电极电位法测定了薄膜的耐腐蚀性能,研究表明,PCVD法ＴiN系薄膜的微观组织形态明显优于同类的ＣＶＤ法薄膜,ＰＣＶＤ法薄膜晶粒尺寸细小,均匀,形态圆整,组织致密;ＣＶＤ法薄膜晶粒形态为多边形,尺寸较粗大、不均匀,组织致密性差,ＰＣＶＤ法ＴiN系薄膜的声望生和结合力等力学性能可达或优于同类ＣＶＤ法薄膜,虽然ＰＣＶＤ法薄膜的氯含量（约为２％）远主ＣＶＤ法薄膜（约为０．５％）,但ＰＣＶＤ法薄膜的耐蚀性能却明显优于ＣＶＤ法薄膜,还研究分析了ＰＣＶＤ法和ＣＶＤ法成膜模式对薄膜微观结构和性能的影响机理。     

低偏压下化学气相沉积金刚石薄膜的生长形貌研究

在微波等离子体化学气相沉积装置中，研究了偏压电压、甲烷浓度及沉积气压对金刚石晶形显露的影响。实验结果表明，生长时施加低的衬底偏压对金刚石的晶形显露有较大的影响，正的偏压有利于(111)面显露，负偏压有利于(100)面显露。在低偏压条件下生长时，低的沉积气压和甲烷浓度有利于(111)面显露；而高的气压和甲烷浓度有利于(100)面显露。过高的甲烷浓度将恶化金刚石质量，出现菜花状组织，无明显的晶面显露。     

微波等离子体化学气相沉积——一种制备金刚石膜的理想方法

综述了微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备金刚石膜技术,表明MPCVD是高速、大面积、高质量制备金刚石膜的首选方法。介绍了几种常用的MPCVD装置类型,从MPCVD装置的结构特点可以看到,用该类型装置在生长CVD金刚石膜时显示出独特的优越性和灵活性。用MPCVD法制备出的金刚石膜其性能接近甚至超过天然金刚石,并在多个领域得到广泛应用。     

激光低温沉积金刚石膜

用ＸｅＣｌ紫外与ＣＯ２红外复合激光化学气相沉积方法，在３４０℃硅衬底上沉积成高纯金刚石膜。     

基于VLS理论的准一维碳材料生长模型

气-液-固相理论(VLS)能有效地用于准一维碳材料生长的分析研究.以镍为催化剂,利用微波等离子体化学气相沉积法制备了弹簧状碳纤维.根据准一维碳材料的生长特点,在VLS理论基础上,通过扩散模型的建立,分析了催化剂对一维碳材料形状的影响,指出了催化剂形状的不对称是造成一维碳材料弯曲的主要原因.