內(nèi)應(yīng)力及離子輻照對(duì)石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管性能影響的研究.pdf

1、石墨烯是碳原子以sp2軌道雜化組成的平面二維材料，擁有高載流子遷移率、高熱導(dǎo)率、高楊氏模量，在未來(lái)微電子、生物、化學(xué)等領(lǐng)域擁有較大的應(yīng)用潛力。石墨烯在2004年被發(fā)現(xiàn)時(shí)就被制成石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件，隨著數(shù)十年學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的不懈努力，如今超快響應(yīng)速度和超高截止頻率的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管已經(jīng)問(wèn)世。但是距離其實(shí)際工業(yè)化應(yīng)用還有一段距離，這其中仍有一些關(guān)鍵問(wèn)題亟待解決，如高質(zhì)量大面積石墨烯的生長(zhǎng)、高性能石墨烯場(chǎng)效應(yīng)器件的制備、懸置石墨烯應(yīng)變效應(yīng)對(duì)其

2、電學(xué)特性的影響、石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管磁滯現(xiàn)象的控制等等。本文將詳細(xì)介紹石墨烯的物理特性及制備方法，并結(jié)合拉曼光譜(Raman)系統(tǒng)研究了懸置石墨烯的應(yīng)變效應(yīng)，還深入探討了鎵離子輻照對(duì)石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管磁滯現(xiàn)象的影響。
　　本文分別采用機(jī)械剝離和化學(xué)氣相沉積兩種方法制備石墨烯薄膜，并將其轉(zhuǎn)移到預(yù)先制備好的圖形襯底上，制備出石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管。分別利用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、3D共聚焦顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行了詳細(xì)表征，并結(jié)合Raman對(duì)石

3、墨烯樣品的層數(shù)及質(zhì)量進(jìn)行了鑒定。
　　利用Raman特征峰對(duì)應(yīng)力的敏感特性，對(duì)圖形襯底上懸置石墨烯的應(yīng)變效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。分別利用Raman2D峰與G峰定量計(jì)算出懸置石墨烯應(yīng)力分布，對(duì)比二者對(duì)應(yīng)力變化表現(xiàn)出的敏感特性。并分別測(cè)量出有應(yīng)力和無(wú)應(yīng)力石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出特性曲線(xiàn)，計(jì)算出石墨烯溝道阻值的變化，探討了應(yīng)力對(duì)石墨烯電學(xué)性能的影響，為高性能石墨烯電子元器件的制備奠定了理論基礎(chǔ)。
　　結(jié)合聚焦離子束技術(shù)，重點(diǎn)研究了鎵離

4、子輻照對(duì)石墨烯電學(xué)性能的影響。利用不同劑量的鎵離子對(duì)石墨烯引入晶格缺陷，并通過(guò)Raman監(jiān)測(cè)引入缺陷的密度，探討石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管磁滯曲線(xiàn)的變化。隨著離子輻照停留時(shí)間的增加，石墨烯晶格缺陷密度在增加。在Raman光譜表征下，D峰強(qiáng)度一直在增加，而G峰峰位先右移后左移。轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)中，狄拉克點(diǎn)逐漸向正柵壓方向偏移，而磁滯先增強(qiáng)后減弱。鎵離子輻照使高質(zhì)量石墨烯的晶格遭到破壞，石墨烯由完美的單晶格結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成眾多石墨烯納米晶，納米晶間的載流子隧