以化學氣相沉積法成長石墨烯之研究

The Fabrication and Characterization of Chemical Vapor Deposited Graphene

劉映吾

指導教授 ： 陳正中

國立清華大學/理學院/物理學系/碩士(2013年)

摘要

此論文的目的是針對我們實驗室內建構一套完整的系統，以成長高品質的單層石墨烯（Graphene），並使用各種不同的鑑定方式來判斷樣品的品質。單層石墨烯是一種單由碳元素組成的薄膜材料，厚度很小，被視為極佳的二維材料。由於其特殊的六角晶格結構，造成它的能帶結構也十分特殊，因而展現特別優異的傳輸特性，以及許多二維空間下特有的物理性質。
在這篇論文中，我們使用化學氣相沉積法來成長石墨烯薄膜。並利用光學顯微鏡、拉曼光譜儀做為初步判斷樣品品質的工具。另外，為了作更深入的基礎物理研究，我們將石墨烯樣品轉移至長有二氧化矽層的高摻雜矽基板上，把薄膜製作成霍爾元件，並進行電性量測。一般以化學氣相沉積法成長石墨烯的製程中，這種轉移過程是影響其基本特性表現很重要的一項步驟。因此在文中，我們針對「轉移石墨烯」這個製程，也提出一些想法，並進行實驗，嘗試改善樣品的品質。
建立化學氣相沉積的成長參數，與嘗試不同的轉移方法之後，我們利用量測石墨烯樣品的電性，更進一部分析微觀下製程對於樣品傳輸特性的影響。再根據文獻的理論計算，解釋所量測到的電性行為。實驗結果顯示，我們對轉移製程的調整很有機會改善樣品中帶電雜質的問題。此外，我們認為藉著此次的分析的經驗，未來將有機會完成一套數值分析方法，對電性量測的數據作定量分析。

關鍵字

石墨烯 ； 化學氣相沉積

參考文獻

1. NOVOSELOV, A.K.G.A.K.S., The rise of graphene. nature materials, MARCH 2007. 6.

2. Novoselov, K.S., et al., Electric field effect in atomically thin carbon films. Science, 2004. 306(5696): p. 666-9.

3. Wallace, P., The Band Theory of Graphite. Physical Review, 1947. 71(9): p. 622-634.

4. Avouris, P., Graphene: Electronic and Photonic Properties and Devices. Nano Lett, 2010.

5. Nair, R.R., et al., Fine Structure Constant Defines Visual Transparency of Graphene. Science, 2008. 320: p. 1308.