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1、个人收集整理 勿做商业用途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
2、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
3、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 St
4、udy on Modification due to SEM Characterization AbstractGraphene 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 unconventiona
5、l quantum Hall effect and Klein paradox。 Scanning electron microscope (SEM） is a useful tool in graphene characterization and device fabrication。 But this technique involves electronbeam irradiation （EBI） for samples， which may cause damage。 Therefore， it is of theoretical importance for properties
6、and devices of graphene to study the modification of graphene structure due to EBI.本文为互联网收集，请勿用作商业用途文档为个人收集整理，来源于网络In this paper, we provide a comprehensive introduction to the microstructure， physical properties and possible applications of graphene。 Graphene samples are produced by mechanical exfo
7、liation。 Modification of monolayer graphene induced by low energy EBI via SEM and the effects of vacuum annealing and gold deposition on graphene are studied by Raman spectroscopy and atomic force microscopy （AFM). Raman investigation shows new Raman bands （D, D， D+G) and evolution of I(D)/I(G） afte
8、r EBI， indicating damage and disorder in graphene and its transformation from crystalline to nanocrystalline. A carbon-rich contamination film on graphene surface due to EBI is observed by AFM。 Then analysis of position and width of each feature bands is provided。After vacuum annealing, these disord
9、erinduced peaks can be eliminated, indicating the modification of graphene is reversible。 But annealing causes more ripples on graphene surface， resulting in the blue shift and evolution of width of G and 2D peaks. Furthermore， the changes in graphene can be clearly revealed by AFM after gold deposi
10、tion. The surface-enhanced Raman scattering (SERS） from these golddecorated graphenes is also investigated and more information about the transformation of graphenes is provided。 The interaction of gold atoms and graphene causes the splitting of G band。 In SERS given by the gold film with special to
11、pography, the emergence of multipeaks in G band may indicate the presence of other forms of carbon.Key words： graphene; electrical transport property; electronbeam irradiation； Raman spectroscopy; SERS目 录1 绪 论11。1 纳米科技11.2石墨烯的发现11。3 本文的研究意义、目的及方法22 石墨烯的物理性质及应用前景42。1石墨烯的微观结构42。2 石墨烯的分类52.3石墨烯的电学性质62。
12、3。1 概述62.3。2 零质量狄拉克费米子62.3.3 石墨烯中的反常量子霍尔效应72。3.4 石墨烯中的最小量子化电导率现象92.3。5 石墨烯中的Klein佯谬效应102。4 石墨烯的其他性质112.5 石墨烯的应用前景113 石墨烯的制备和表征133。1 石墨烯的制备133。2 石墨烯的表征143。2。1 光学显微镜(OM)表征153.2.2 扫描电子显微镜（SEM)表征163。2.3 原子力显微镜(AFM）表征173.2.4 拉曼光谱表征174 SEM电子束辐照对石墨烯样品的作用204。1 引言204.2 未镀金的石墨烯样品电子束辐照及退火204。2。1 电子束辐照后的拉曼谱线研究2
13、04。2。2 电子束辐照后的AFM研究224。2。3 真空高温退火处理234。3 镀金的石墨烯样品电子束辐照及退火254.3.1 金沉积的SERS及AFM研究254.3.2 特殊金形貌的SERS研究275 结 论30致 谢31参考文献32 1 绪 论1。1 纳米科技20世纪的物理学经历了有史以来最大的变革，相对论和量子力学改变了人们千百年来对自然的传统认知，人类对宏观和微观的理解有了质的突破。伟大的科学家爱因斯坦曾预言：未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世界进军。1959年，著名的物理学家费曼在题为There is plenty of room at the bottom的演讲中设想：人
14、类可以用宏观机器去制造体积较小的机器，再用小机器去制造更小的机器，如此循环，如果有一天可以按人的意志安排一个个原子,将会产生怎样的奇迹？伴随着理论的进步和实验仪器精度的提高，费曼的设想正在变为现实。1981年，扫描隧道显微镜诞生，人类可以在原子精度考察物质，也由此诞生了一门研究范围在0。1nm 100nm尺度的纳米科技。纳米科技研究的物质对象是一种典型的介观体系,它既表现出量子效应，同时也是由大量原子构成的凝聚体系。因此纳米体系具有量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应、库伦阻塞效应等独特性质。纳米科技主要分为纳米材料学、纳米动力学、纳米生物学和纳米药物学、纳米电子学四个方面.其中纳米材料学是纳米
15、科技的基础，主要研究纳米材料的制备、表征和物性。1。2石墨烯的发现在构成纳米材料的众多元素中，碳元素值得我们特别重视。碳的原子序数为6，基态电子排布为1S22S22Px12Py12Pz0，最外层有4个电子,但其中只有2个在基态，所以成键时总要杂化.由于较低的原子序数，碳原子对外层电子的结合力强，表现出较高的键能，容易形成共价键，故自然界中碳元素形成的化合物形式丰富多彩。不同的杂化方式构成了性质迥异的碳的同素异型体,包括sp3杂化的金刚石、sp2杂化的富勒烯（C60）和碳纳米管（Carbon nanotubes，CNT)，如图1。1。随着三维(金刚石)、零维（富勒烯）、一维(碳纳米管）碳材料相继被发现,人们自然要问：二维的单层石墨 (石墨烯,Graphene）能自由存在吗?早先科学家普遍认为,准二维晶体材料由于原子的热力学不稳定性，会偏离晶格位置，有限温度下无法稳定存在2，长程有序结构在二维体系中无法维持3.实验中也确实发现随着薄膜数减小，其熔化稳定迅速降低，无法稳定存在4。（图1。1 不同维度的sp2碳材料）1 直到2
