面向柔性电路制备的石墨烯飞秒激光微纳加工基础研究

柔性显示对有源驱动器件提出了柔性化需求，有机半导体是目前制备柔性驱动电路的主要材料，但它存在着迁移率低和稳定性差两个主要问题。石墨烯的出现刚好可以弥补上述不足,为柔性电路制备提供了新思路。然而，石墨烯直接合成难度大、产量低。与此相比，石墨烯氧化物可以大量廉价制备但需要还原后才能变成石墨烯。常规的化学与高温等还原方法与器件制备工艺不兼容，严重地限制了石墨烯器件的研制。本项目在申请者首次发现石墨烯易于被飞秒激光还原这一现象的基础上，通过第一性原理计算与超快光谱技术相结合，研究飞秒激光诱导石墨烯光还原的固相反应机理，澄清氧含量影响石墨烯导电特性（绝缘体、半导体、金属）的细致物理机制，探索飞秒激光调变石墨烯的能带结构与带隙的关键技术；利用飞秒激光直写制备原理性柔性石墨烯驱动电路，获得自主知识产权，为石墨烯柔性驱动电路的制备奠定坚实的技术基础，为我国信息技术的进步作出应有的贡献。

近年来，柔性显示技术的迅猛发展对有源驱动器件提出了柔性的需求。面向柔性场效应管所采用的有机半导体材料普遍存在的迁移率低和稳定性差两个主要问题，本项目提出利用石墨烯材料作为柔性驱动技术的核心材料，弥补有机半导体材料在迁移率和稳定性方面的缺点；采用飞秒激光加工技术，克服石墨烯氧化物还原技术与器件制备技术不兼容，石墨烯带隙调控等难题；进而面向开发石墨烯柔性驱动电路的新方法。项目围绕石墨烯氧化物能带结构的理论研究；飞秒激光还原石墨烯氧化物的物理过程；石墨烯氧化物能带调控及石墨烯柔性器件制备等几方面内容系统地展开研究。成功地制备了石墨烯氧化物薄膜；通过第一性原理定量地揭示了石墨烯氧化物氧含量与其能带结构的依赖关系；利用自行搭建的飞秒激光加工系统，图案化可控还原石墨烯氧化物，实现了对其带隙的有效调控，并成功地制备了石墨烯场效应晶体管，开关比56；通过激光辅助氮原子掺杂，实现了n型的石墨烯场效应晶体管。激光加工石墨烯氧化物的研究工作不仅简化石墨烯场效应器件的制作工艺，还可以实现对石墨烯能带结构的有效调控。该项目的研究结果对于石墨烯材料在柔性驱动电路中的应用具有很大的科研价值与现实意义。