摘要
石墨烯是一种物化性能十分优秀的二维材料，既轻且薄，透明度高，抗性好，在众多领域都拥有广泛的应用前景。本文针对石墨烯的电学性能表征缺乏可靠标准，以及拉曼光谱对石墨烯电学性能的评价存在较大误差的问题，采用拉曼光谱学和范德堡霍尔测量方法，研究了化学气相沉积（CVD）石墨烯薄膜的电学性能，取得的主要研究成果如下： （1）采用常压CVD法，优化石墨烯制备工艺，制备高质量的石墨烯薄膜；甲烷为碳源，氢气和氩气为辅助；1050℃的高温保证甲烷的热解与石墨烯的成核及生长；铜箔作为基底，催化甲烷热解，促进石墨烯的成核及生长。甲烷和氢气的比例为1:12500，生长时间为30min时，获得连续的单层石墨烯。优化后的石墨烯制备工艺，可以得到连续的高质量单层石墨烯薄膜，比普通工艺制备的石墨烯薄膜缺陷更少。 （2）采用刻蚀法，优化石墨烯转移工艺，制备高质量的石墨烯样品。旋涂聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为辅助层，氯化铁溶液为刻蚀液刻蚀铜箔基底。调控刻蚀铜箔基底的时间和丙酮去除PMMA的方式等细节，将石墨烯薄膜转移到硅片基底。优化后的石墨烯转移工艺，可以将石墨烯薄膜从铜箔转移到硅片，并保证在光学显微学尺度下，石墨烯样品的连续性不遭到任何破坏。 （3）构建适用于大多数石墨烯薄膜载流子迁移率与浓度的关系模型，建立载流子迁移率与浓度的真实函数关系，使得不同石墨烯薄膜的载流子迁移率和浓度都能落在模型中，再经归一处理后可以互相比较。该方案采用范德堡霍尔方法测得石墨烯样品的基础电学性能参数，包括石墨烯的载流子迁移率和浓度以及面电阻等，再通过提出的模型经归一处理后实现与其他样品比较电学性能的好坏。便捷完美地解决了不同石墨烯样品的电学性能难以互相比较的问题。 （4）通过拉曼光谱与范德堡霍尔测量共同表征石墨烯的电学特性，发现由范德堡霍尔测量获得的石墨烯的电学性能与拉曼光谱具有一定联系。大量石墨烯样品退火后，经过长时间的范德堡霍尔测试，获得的载流子迁移率、浓度以及面电阻等电学参数在短时间的波动后趋于稳定，证实了石墨烯的电学性能在空气中具有良好的稳定性。
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