石墨烯物性及SEM表征对样品表面损伤研究.docVIP

HUNAN UNIVERSITY 毕业设计(论文) 设计论文题目： 石墨烯物性及SEM表征 对样品表面损伤的研究 学生姓名： 陶 立 学生学号： 20070430518 专业班级： 应用物理系0702班 学院名称： 物理与微电子科学学院 指导老师： 刘天贵 讲师、孙连峰 研究员 学院院长： 王玲玲 教授 2011年5月10日 石墨烯物性及SEM表征对样品表面损伤的研究 摘 要 石墨烯是一种二维形式的碳，其Dirac点附近的载流子行为类似于零质量的相对论性粒子。这个特性使得能在石墨烯中观察到一些特殊的电学性质，如反常量子霍尔效应(QHE)和克莱因佯谬。另外，扫描电子显微镜(SEM)是石墨烯表征和器件制作的一种重要手段，但SEM中的电子束辐照(EBI)会对石墨烯造成损伤。因此，研究EBI对石墨烯结构的影响，对石墨烯性能和器件应用等方面具有重要的理论意义。 本文在详细介绍石墨烯的微观结构、物性以及应用前景基础上，使用微机械剥离法制备了石墨烯样品，并利用拉曼光谱仪、原子力显微镜(AFM)等研究了SEM中的低能EBI、真空高温退火处理和表面镀金对单层石墨烯结构的影响以及恢复情况。 拉曼研究显示了受EBI后石墨烯的拉曼谱线将出现新的特征峰(D, D, D+G)，I(D)/I(G)的值发生变化。这些表明石墨烯产生了缺陷和无序结构，处于由晶体态向微晶态转变的阶段。通过AFM观察到EBI使石墨烯表面产生一层富含碳的污染物薄膜。接着综合分析了各特征峰峰位和峰形的变化情况及其原因。 真空高温退火处理后，无序引起的特征峰消失，表明EBI对石墨烯的结构改变是可恢复的。但退火使石墨烯表面褶皱加剧而引起G、2D峰的蓝移及宽度变化。 进一步，镀金处理后，通过AFM能明显观察到退火前后石墨烯结构的改变。我们还研究了金修饰的表面增强拉曼散射(SERS)，给出了有关石墨烯结构转变的更多信息，金与石墨烯的相互作用导致G峰劈裂。特殊金形貌的SERS谱中G峰呈现多峰结构，预示着其他碳的存在。 关键词：石墨烯；电输运性质；电子束辐照；拉曼光谱；表面增强拉曼散射 Physical Properties of Graphene and Study on Modification due to SEM Characterization Abstract Graphene is a form of carbon in two dimensions in which the charge carriers near Dirac points mimic massless relativistic particles. This unique feature results in the observation of some special electronic properties, such as the unconventional quantum Hall effect and Klein paradox. Scanning electron microscope (SEM) is a useful tool in graphene characterization and device fabrication. But this technique involves electron-beam irradiation (EBI) for samples, which may cause damage. Therefore, it is of theoretical importance for properties and devices of graphene to study the modification of graphene structure due to EBI. In this paper, we provide a comprehensive introduction to the microstructure, physical properties and possible applications of graphene. Graphene samples are produced by mechanical exfoliation. Modification of monolayer graphene induced by low energy EBI via SEM and the effects of vacuum annealing and gold deposition on gra