氮化硼/石墨烯复合薄膜的制备及表征

• 作 者: 王旭天
• 出 处: 山东大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 石墨烯 氮化硼 射频磁控溅射 化学气相沉积

石墨烯具有极高的载流子迁移率,优异的热导率以及极高的机械强度,这些优点使石墨烯在电子器件方面的应用有着极大的潜力和研究价值。六方氮化硼薄膜为衬底的石墨烯具有远高于硅片上面的载流子迁移率以及氮化硼薄膜本身的热稳定性和深紫外吸收性能,使氮化硼/石墨烯薄膜不仅在高频电子器件领域,在紫外光探测器件方面也具有巨大的发展潜力。复合薄膜材料作为准二维材料,其性能与复合薄膜的表面形貌、分子结构、化学成分关系密切。因此,本课题研究不同溅射工艺和退火温度对氮化硼薄膜的表面形貌、化学成分、分子结构等方面的影响。然后以射频磁控溅射制备的氮化硼薄膜为衬底用低压化学气相沉积法沉积石墨烯,形成氮化硼/石墨烯复合结构薄膜,探讨其质量和生长机制。最后,择优与镍薄膜上制备的石墨烯进行对比分析。研究结果表明,溅射气压为0.5Pa,溅射功率为100W,溅射时间为30min的氮化硼薄膜表面起伏小,粗糙度极低,紫外吸收效果最好。随着溅射功率增加,氮化硼薄膜表面粗糙度逐渐增大,薄膜的透光率降低,而且氮化硼薄膜内部的分子结构随溅射功率增大向立方相转变。基底温度和溅射功率对制备的氮化硼薄膜的紫外光吸收限有较大影响。溅射时间为30 min,溅射功率为100 W,沉积时间为120 min,沉积温度为1000 ℃时,石墨烯缺陷水平较低,质量较好。沉积温度和降温速度对石墨烯的生长有较大影响,当快速降温时,氮化硼表面未能及时析碳,致使石墨烯不能成功生长;缓慢降温时薄膜表面生长石墨烯,猜测薄膜表面是先形成碳化物然后在降温时析碳的生长机制。研究发现,射频磁控溅射制备的氮化硼薄膜表面生长的石墨烯存在B、N原子掺杂的情况,出现B-C键和N-C键,掺杂B、N原子对石墨烯的电学性能影响较大。