原子层沉积石墨烯薄膜和透明电极性能的研究

石墨烯（Graphene，石墨单层材料）是由单层sp2碳原子组成的六方蜂巢状二维结构，具有众多优良的物理特性，是未来纳米电子器件的理想材料。但是，目前缺少有效的气相生长大面积单层石墨烯薄膜技术，通过化学气相淀积(CVD) 生长的是多层石墨或是和石墨烯的混合薄膜。因此，寻求有效的技术手段抑制多层石墨的生长，是获得大面积单层石墨烯薄膜的技术关键。本项目拟在原子层沉积系统内进行化学气相反应合成石墨烯薄膜的实验，利用其特有源物质的快速切换和清洗系统，在原子层面控制石墨烯的生长过程，抑制多层石墨生长，达到生长连续单层石墨烯薄膜的目的。此外，尝试应用等离子体辅助沉积等手段进一步优化淀积反应工艺，达到降低生长温度的目的。本项目通过原子层沉积石墨烯薄膜的生长及其结构和光电性能研究，为石墨烯在透明电极中的应用提供实验依据。

本项目聚焦在气相生长透明电极应用的大尺寸高质量的石墨烯。所提出的合成单层高质量石墨烯的技术路径是利用原子层沉积的自限制生长概念，通过反应时间的控制在原子层面控制石墨烯的生长过程。为此，搭建一台具有冷腔壁的快速升降温衬底加热系统和具有优化的气路和真空系统，能满足控制石墨烯生长时间缩短至10秒钟，实现原子层沉积技术的自限制表面生长模式，而不是传统的碳原子从Ni催化层中的偏析机制。在无氢气的生长环境下，所制备的石墨烯方块电阻低至367 ohm/sq且具有97.3%的光透过率，这是目前所报道在Ni衬底上生长的石墨烯中最好的实验结果。 .为了研发石墨烯电极，我们尝试利用了氧等离子体刻蚀技术，对石英衬底表面进行处理，氧等离子体诱导产生的SiO2纳米颗粒有助于化学气相沉积生长连续的导电的多晶石墨烯薄膜。在50分钟的氧等离子体处理石英表面生长的石墨烯具有方块电阻4.6 kohm/sq@95.3%的光透过率。.此外，我们还在如下几个方面开展研究石墨烯基复合电极的工作：.1）.脉冲激光辅助还原氧化石墨烯的柔性透明导电材料；.2）.还原氧化石墨烯（rGO）/ZnO纳米棒/rGO三明治结构的电极；.3）.石墨烯和纳米银丝复合的柔性透明导电薄膜。 .到目前为止，共发表七篇SCI收录的学术论文，其中有二篇论文发表在CARBON上，一篇发表在APPLIED PHYSICS LETTERS；另还有5篇论文处于审稿中。我们实验室已实现生长10英寸的单层石墨烯，并积极探寻其在显示、太阳能电池和触摸屏等领域中的应用。