基于SiC单晶石墨烯和类石墨烯的外延生长与表征研究

独立存在的石墨烯是由sp2杂化的碳原子相互连接构成的一种二维结构。具有许多新奇性质，是目前研究的热点。然而，有效获取高品质石墨烯仍然是制约进一步研究和应用的瓶颈。.由SiC外延生长的石墨烯性质并未有实质性改变，而且还可以实现基底向膜层的掺杂，及对带隙进行调控。然而目前实现SiC外延生长石墨烯只有一种热分解法，且由于均匀形核限制了外延石墨烯层数的均匀性和相同层数面积的大小。基于此，本项目提出采用脉冲电子束轰击的方法来克服热分解过程中的均匀形核和岛状生长，探索在碳化硅不同晶面上外延生长高质量大面积石墨烯和类石墨烯结构的有效途径。我们拟通过可控电子轰击法来研究单晶SiC不同晶面受到轰击时，硅原子的逸出规律和碳原子重构机制，考察不同晶面生长的石墨烯和类石墨烯性质的差异。从预研结果来看，这种方法有望实现对层数和面积的有效调控，能够为基于大面积石墨烯材料的电子器件奠定材料基础。

【摘要】完美晶格石墨烯由于其载流子是一种无质量Dirac 费米子，具有奇异的电学性质。制备高质量且大面积的石墨烯成为当前石墨烯研究的最大瓶颈。本研究在基于碳化硅衬底的基础上，采用脉冲电子束辐照的方法制备出了达到厘米量级的高质量石墨烯；同时采用有机插层法可以制备2英寸大小的相对独立的石墨烯，这种石墨烯不受层数限制而能保留其石墨烯的特征。这就为石墨烯的工业化应用提供了可能。进一步的，高温下制备的数值站立的石墨烯条带组成的薄膜，可以在研究石墨烯的本征属性方便有广泛的应用。除了在传统的碳化硅（0001）和（000-1）极性面以外，其它晶面上未发现类石墨烯，（11-20）晶面上生长的多层石墨烯具有近自由石墨烯的性质，迁移率比之传统极性面大1-2个数量级，然而当层数降低到3层以下时，收受衬底的影响较大。本研究首次通过第一性原理计算，预言了类石墨烯：Buckled T石墨烯的存在，揭示了高对称性六元环的存在，不是石墨烯Dirac点存在的必要条件，而是弱局域化电子形成键及其反键。