烯上氮化镓的生长机理以及其界面特性等一系列问题,能够为未来石墨烯在半导体领域的应用打下基础[6]。未来其可能的应用涵盖了:柔性光电器件、辅助生长自支撑厚膜氮化镓和石墨烯透明电极等等。Р本论文使用 CVD 方法研究了不同的催化金属上石墨烯的生长,利用 HVPE 方法研究了石墨烯上氮化镓薄膜的生长。通过不断调节和优化参数条件,得到了大面积高质量的石墨烯,并且生长出位错密度较低的氮化镓薄膜。研究分析了石墨烯插入层对其上氮化镓薄膜的影响以及氮化镓薄膜在石墨烯上生长机理。对氮化镓中位Р错的生长与演变进行了表征测试及理论分析。Р石墨烯Р1.2.1 石墨烯的晶体结构Р石墨烯是二维碳原子材料,作为 C 的同素异形体,其与零维材料的 C60,一维的碳纳米管,三维的石墨和金刚石,都属于碳的大家族中的成员。石墨烯是由 sp2 杂化的碳原子堆垛而成的二维蜂窝状结构,仅有一个原子层。石墨烯中每个碳原子包括 3 个 sp2 杂化轨道和 1 个 p 轨道,sp2 杂化与相邻的 3 个碳原子形成 3 个σ键,p 轨Р道与相邻的其他碳原子形成共轭体系,这种分布于平面骨架周围的电子云形成π键。σ键对导电不起作用,石墨烯优异的导电性正是由于π键的作用。石墨烯平面的 C-C 骨架由σ键组成,使得石墨烯在平面晶面上结构非常稳定。垂直方向上的为π键, 相对于σ键,键能要弱。石墨烯的 C-C 键长约为 0.142nm。一般单层石墨烯的厚度约为 0.34 纳米,故可以根据石墨烯的厚度与 0.34 纳米的比值来大约估算石墨烯的层数。Р图 1-1 石墨烯的二维蜂窝结构Р石墨烯中 C-C 键的键角为 120°,没有张力,所以石墨烯相对于 C60 和碳纳米管性质更稳定。Р1.2.2 石墨烯的基本性质Р石墨烯具有优异的电学,光学,热学及力学等特性[1, 7-9]。石墨烯有着异常优秀的电学特性,它是零带隙半导体,它的这些性质取决于其
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