石墨烯器件在溶液環(huán)境下的性能研究.pdf

1、石墨烯因其狄拉克載流子高遷移率、高熱導率、高強度、高透明性和柔性等獨特性能引起了物理、化學、材料、電子等多領域的密切關注。作為自然界已知最薄的材料,兼具很高的力學和化學穩(wěn)定性,石墨烯在傳感器件中的潛在應用得到大量探索?；谑┑亩喾N傳感器,如氣體、PH、金屬離子和生物分子濃度傳感器,及DNA檢測器等在國際上被提出并開展了一定研究。然而,對于石墨烯在溶液環(huán)境下應用時的基本性質,如轉移輸運特性、霍爾靈敏度和磁阻特性等目前還缺乏系統(tǒng)研究和清

2、晰了解,本論文系統(tǒng)研究了石墨烯器件在溶液環(huán)境下性能和調控方法,以為新型石墨烯傳感器件提供基礎,主要的研究工作和結果為:
　　首先,開展了石墨烯單層的化學氣相制備及其相應器件的制作。用化學氣相沉積法(CVD)以甲烷為碳源在銅箔上生長石墨烯,拉曼光譜和掃描電子顯微鏡測試表明在適當條件下生長的石墨烯為大面積單原子層。通過表面氧化觀測法,研究了銅箔表面形貌對石墨烯質量的影響,發(fā)現粗糙銅箔表面生長的石墨烯有較多缺陷,對銅箔電化學拋光后可改善

3、石墨稀的質量。用腐蝕基體法將石墨烯轉移到PET等襯底上制備了液柵調控石墨烯場效應管和石墨烯霍爾測量器件樣品,I-V測試表明樣品中石墨烯和金屬電極有良好歐姆接觸。
　　其次,研究了不同溶液環(huán)境對石墨烯狄拉克點和轉移特性的影響。通過液柵調控法測量了石墨烯器件在去離子水、氯化鈉和PEI溶液中的輸運特性,發(fā)現溶液環(huán)境可以大幅度調節(jié)石墨烯摻雜程度和類型。在氯化鈉溶液中石墨烯顯示P型摻雜特征,隨氯化鈉溶液濃度增加,石墨烯狄拉克點右移且轉移曲線

4、不對稱性增加,P型摻雜程度加深;在PEI溶液中,隨PEI溶液濃度增加,石墨烯狄拉克點左移且轉移曲線趨向對稱,P型摻雜程度逐漸減輕并接近N型。
　　再次研究了溶液環(huán)境下石墨烯的霍爾靈敏度和磁阻性質研究。系統(tǒng)測量了不同溶液環(huán)境中石墨烯的霍爾響應和磁阻變化。在去離子水和稀溶液中,石墨烯霍爾響應與真空中接近,都可達200 VA-1T-1以上。在氯化鈉溶液中,隨濃度增加,摻雜和界面散射增強,霍爾響應總體上逐漸降低;而在PEI溶液中,隨濃度增