石墨烯在微電子技術(shù)上的應(yīng)用課件

石墨烯在微電子上的應(yīng)用班級(jí)：光信1102組長(zhǎng)：王光宇主講：張林君成員：

湯君澤王興智鄒佳峻

馬海鋒陳明猷張林君理學(xué)院光信息1102A石墨烯在微電子上的應(yīng)用班級(jí)：光信1102理學(xué)院光信息110什么是石墨烯

石墨烯的優(yōu)良特性用石墨烯構(gòu)建的微電子器件石墨烯的制備方法石墨烯的應(yīng)用前景目錄理學(xué)院光信息1102A目錄理學(xué)院光信息1102A一.什么是石墨烯石墨烯（Graphene）是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料Sp2雜化碳質(zhì)材料的基本組成單元石墨烯原子結(jié)構(gòu)圖A一.什么是石墨烯石墨烯（Graphene）是一種由碳原子構(gòu)成一.什么是石墨烯石墨烯一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無(wú)法單獨(dú)穩(wěn)定存在，直至2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家AndreGeim和KonstantinNovoselov，成功地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨烯，而證實(shí)它可以單獨(dú)存在，兩人也因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)”，共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)石墨烯內(nèi)部的原子鍵A一.什么是石墨烯石墨烯一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無(wú)法單獨(dú)穩(wěn)定二.石墨烯的優(yōu)良特性優(yōu)良特性：

1.導(dǎo)熱系數(shù)高導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300W/（m·K）高于碳納米管和金剛石；2.電子遷移率高

常溫下電子遷移率高達(dá)150000ｃｍ２／ｖｓ，超過(guò)單晶硅100倍以上；3.電阻率低

電阻率低只約10-6Ω·cm，比銅或銀更低，為世上已知電阻率最小的材料

A二.石墨烯的優(yōu)良特性優(yōu)良特性：A二.石墨烯的優(yōu)良特性4.透明度高幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，透光率達(dá)到97.7%預(yù)測(cè)未來(lái)的透明電腦全透明概念手機(jī)A二.石墨烯的優(yōu)良特性4.透明度高幾乎是完全透明的，只吸收二.石墨烯的優(yōu)良特性5.高可撓曲性

石墨烯具有延展性，具備極佳之可撓曲性，非常符合未來(lái)軟性電子產(chǎn)品的應(yīng)用屏幕彎曲的手機(jī)曲折手機(jī)A二.石墨烯的優(yōu)良特性5.高可撓曲性石墨烯具有延展性，具備極6.硬度大石墨烯的硬度是鋼材的200倍，顯然具有非常強(qiáng)的耐用度7.電池壽命長(zhǎng)

美國(guó)西北大學(xué)的研究人員已經(jīng)成功研發(fā)出石墨烯和硅材質(zhì)的電池，充電15分鐘可以實(shí)現(xiàn)約一周的續(xù)航能力，如果未來(lái)手機(jī)可以使用石墨烯電池，那么可能實(shí)現(xiàn)一周一充電的愿望二.石墨烯的優(yōu)良特性A6.硬度大石墨烯的硬度是鋼材的200倍，顯然具有非常強(qiáng)的耐三.用石墨烯構(gòu)建的微電子器件２００８年ＩＢＭ公司率先制成低噪聲石墨烯晶體管。通過(guò)重疊2層相當(dāng)于石墨單原子層的“石墨烯”，試制成功了新型晶體管，通過(guò)在二層石墨烯之間生成的強(qiáng)電子結(jié)合，從而控制噪聲２００８年５月美國(guó)喬治亞科技學(xué)院德希爾與麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室合作在單一芯片上生成的幾百個(gè)石墨烯晶體管陣列A三.用石墨烯構(gòu)建的微電子器件２００８年ＩＢＭ公司率先制成低四.用石墨烯構(gòu)建的微電子器件的特點(diǎn)高速：與傳統(tǒng)硅晶體制成的期間相比，石墨烯表面優(yōu)良的電子遷移速度是硅的上百倍，加上石墨烯本身就是一個(gè)良好的導(dǎo)熱體，可以很快地散發(fā)熱量．由于具有如此優(yōu)異的性能，由石墨烯制造的電子產(chǎn)品運(yùn)行的速度要快得多，并且產(chǎn)生的熱量小的多微小化：硅不能分割成小于１０ｎｍ的小片，否則其將失去誘人的電子性能。與硅相比，石墨烯分割成一個(gè)納米小片時(shí)，其基本物理性能并不改變，而且其電子性能還有可能異常發(fā)揮A四.用石墨烯構(gòu)建的微電子器件的特點(diǎn)高速：與傳統(tǒng)硅晶體制成的期五.石墨烯的制備方法石墨烯材料的制備方法已報(bào)道的有：機(jī)械剝離法、晶體外延生長(zhǎng)法、氧化還原法、化學(xué)氣相沉積法、有機(jī)合成法和碳納米管剝離法等氧化還原法氧化-還原法是指將天然石墨與強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化性物質(zhì)反應(yīng)生成氧化石墨，經(jīng)過(guò)超聲分散制備成氧化石墨烯(單層氧化石墨)，加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團(tuán)，如羧基、環(huán)氧基和羥基，得到石墨烯優(yōu)點(diǎn)：制備成本低廉且容易實(shí)現(xiàn)，以其簡(jiǎn)單易行的工藝成為實(shí)驗(yàn)室制備石墨烯的最佳方法，并且可以制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液，解決了石墨烯難以分散在溶劑中的問(wèn)題缺點(diǎn)：大量制備容易帶來(lái)廢液污染和制備的石墨烯存在一定的缺陷，例如，五元環(huán)、七元環(huán)等拓?fù)淙毕莼虼嬖?OH基團(tuán)的結(jié)構(gòu)缺陷，這些將導(dǎo)致石墨烯部分電學(xué)性能的損失，使石墨烯的應(yīng)用受到限制A五.石墨烯的制備方法石墨烯材料的制備方法已報(bào)道的有：機(jī)械剝離五.石墨烯的制備方法化學(xué)氣相沉積法最先由美國(guó)休斯頓大學(xué)的于慶凱等在鎳（Ni）基底上取得突破，隨后銅（Cu）上生長(zhǎng)石墨烯也取得了突破，銅也被認(rèn)為是一種最有潛力用來(lái)工業(yè)化規(guī)模生長(zhǎng)石墨烯的基底。隨著研究的深入更多的過(guò)渡金屬都生長(zhǎng)出了石墨烯。這些基底包括Ru、Pt、Co、Ir、Ga、Pd、Mo、Ge等石墨烯的化學(xué)氣相沉積法通常是把有催化功能的基底在腔體中加熱到1000℃，然后通入含碳?xì)怏w，如：碳?xì)浠衔?，它在高溫下分解脫氫在基底表面形成石墨烯，通過(guò)輕微的化學(xué)刻蝕，使石墨烯薄膜和基底分離得到石墨烯薄膜。這種薄膜在透光率為80%時(shí)電導(dǎo)率即可達(dá)到1.1×106S/m，成為透明導(dǎo)電薄膜的潛在替代品化學(xué)氣相沉積法A五.石墨烯的制備方法化學(xué)氣相沉積法最先由美國(guó)休斯頓大學(xué)的于慶六.石墨烯的應(yīng)用前景A六.石墨烯的應(yīng)用前景A六.石墨烯的應(yīng)用前景1、石墨烯在透明電極的應(yīng)用透明電極泛指在可視光區(qū)域內(nèi)同時(shí)具備高光透過(guò)率(85%以上)與低電阻率(1×10-3Ω-㎝以下)特性的氧化簡(jiǎn)并型(Degenerate)半導(dǎo)體電極透明電極目前主要使用在顯示領(lǐng)域的LCD,OLED,PDP,透明顯示器的電極材料，在觸控面板領(lǐng)域則被使用在電阻及電容式觸控面板的感測(cè)器A六.石墨烯的應(yīng)用前景1、石墨烯在透明電極的應(yīng)用透明電極泛指在六.石墨烯的應(yīng)用前景ITO（導(dǎo)電玻璃）透明電極ITO作為觸控屏的主要組件，觸控屏中占極高成本。ITO為目前主流透明電極，雖然成熟，但有許多挑戰(zhàn)須克服石墨烯透明電極可用以解決現(xiàn)有技術(shù)與制造的瓶頸，提高效能并發(fā)展新的應(yīng)用，其經(jīng)濟(jì)潛力及價(jià)值無(wú)可限量。A六.石墨烯的應(yīng)用前景ITO（導(dǎo)電玻璃）透明電極ITO作為觸控六.石墨烯的應(yīng)用前景石墨烯的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)：在成本及使用范圍上，石墨烯有許多優(yōu)勢(shì)石墨烯雖然目前仍無(wú)法達(dá)到ITO導(dǎo)電度，但已可以滿足觸控面板的需求A六.石墨烯的應(yīng)用前景石墨烯的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)：A六.石墨烯的應(yīng)用前景2、石墨烯在太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用2012年5月24日?qǐng)?bào)導(dǎo)，美國(guó)的研究人員在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)建了一種新型摻雜石墨烯的太陽(yáng)能電池，獲得了8.6%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率石墨烯又不同于傳統(tǒng)的金屬，它可彎曲，又是透明的，在未來(lái)作為太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵材料具有很大的潛力技術(shù)突破口：提高轉(zhuǎn)化效率，降低生產(chǎn)成本如果石墨烯太陽(yáng)能電池能夠達(dá)到10％的轉(zhuǎn)換效率，生產(chǎn)成本能夠進(jìn)一步降低，未來(lái)使用石墨烯太陽(yáng)能電池大有希望A六.石墨烯的應(yīng)用前景2、石墨烯在太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用2012年六.石墨烯的應(yīng)用前景3、石墨烯在光子傳感器上的應(yīng)用石墨烯還可以以光子傳感器的面貌出現(xiàn)在更大的市場(chǎng)上，2012年10月，IBM的一個(gè)研究小組首次披露了他們研制的石墨烯光電探測(cè)器，這種傳感器是用于檢測(cè)光纖中攜帶的信息，這個(gè)角色過(guò)去一直由硅擔(dān)當(dāng)，現(xiàn)在看來(lái)硅的時(shí)代似乎就要結(jié)束了石墨烯光子傳感檢測(cè)器件A六.石墨烯的應(yīng)用前景3、石墨烯在光子傳感器上的應(yīng)用石墨烯還可Than