1、物理學報Acta Phys Sin Vol 60，No 10 ( 2011) 107302,機械剝離法制備石墨烯納米帶 及其低溫電輸運性質研究,中國科學院物理研究所北京凝聚態(tài)物理國家實驗室，北京,姓名： 蔡禮新 學號：136061201 導師： 康詩釗,摘 要 用機械剝離法制備了數 10m 長的石墨烯納米帶，并在 0.3K 的低溫下對其電輸運性質進行了測量研究，看到了法布里-珀羅干涉現(xiàn)象。實驗結果表明，機械剝離法得到的石墨烯納米帶具有很高的質量，使得其中的電子在低溫下能夠形成一個很好的一維體系,石墨烯納米帶 是在二維石墨烯材料的基礎上，經過一定的微納加工工藝或者化學工藝，沿一定方向裁剪成帶狀結

2、構，即Graphene Nanoribbon，簡稱為GNR。按照納米帶邊緣的形狀，把沿石墨烯的不同主軸方向的石墨烯納米帶分為Armchair Graphene Nanoribbon ( AGNR ) 和Zigzag Grapheme Nanoribbon( ZGNR),選材：SPI 公司的HOPG( 高定向熱解石墨，等級: 一級)。優(yōu)點：大片的單層石墨烯比較難以找到，但石墨烯碎片有很大的概率形成一簇簇沿一定方向平行排列的石墨帶狀構。 因此 HOPG 是機械剝離法制備 GNR 的合適材料。,在掃描電子顯微鏡 (SEM) 下對這些帶狀石墨分布區(qū)域進行掃描 在這些石墨帶區(qū)域中，通?？梢园l(fā)現(xiàn)光學顯微鏡

3、下看不見的、寬度在幾十nm、長度在十幾m 甚至幾十m 的GNR。 這些GNR 的邊緣光滑，寬度在測量精度內嚴格保持不變，且具有明顯的取向性，如圖2( a) ，( b) 所示。而且，在很多GNR 之間會形成一些特殊的角度，例如90，120，150如圖2( c) 所示。 這表明GNR 的解理是沿石墨烯主軸方向進行的，這就有利于利用機械剝離法來制備 GNR。,SEM 下的GNR ( a) 石墨烯納米帶呈“一簇簇”的帶狀分布; ( b) 單根GNR，寬度為75 nm; ( c) 呈特殊角度( 120) 的GNR,機械剝離法 采用粘膠帶的方式，膠帶采用特殊的3M思高牌膠帶。使用鑷子夾取16 cm長的思高

4、牌膠帶貼附在高定向熱解石墨片表面，輕輕壓實，使膠帶和石墨片緊緊貼附，慢慢撕下。膠帶表面會粘附有很薄的一層石墨薄片，然后把膠帶的兩端對折，使石墨薄片夾在膠帶具有粘性一側的中間，輕輕的壓實，慢慢撕下，平穩(wěn)的將石墨薄片一分為二。完美的剝離，剝離的石墨薄片表面如原子般平滑，復制出的石墨薄片是發(fā)亮的。重復3到l0次剝離，直到膠帶上出現(xiàn)顏色如墨水斑點一樣的石墨薄片。小心的將附有石墨薄片的膠帶貼附在氧化的硅片上，輕輕擠壓掉膠帶和硅片之間的空氣，使樣品和膠帶完全貼附，保持l0 min，慢慢從硅片表面撕下膠帶。這時數千小片石墨都粘到了硅片上，而其中部分樣品就是少層、甚至單層的石墨烯。,制作高質量石墨烯最簡單的辦

5、法是從石墨上機械剝離石墨烯層。與其他方法相比，機械剝離法是最簡單的方法，對實驗室條件的要求非常簡單，并且容易獲得高質量的石墨烯。,(a) ，(b) 分別是 GNR 在 AFM 下的高度圖和形貌圖，此 GNR 大約 2nm 厚，層數大約為23 層，形貌圖顯示其邊緣極其光滑；(c) GNR 的 SEM 照片，寬度大約 80nm，有效長度約為 15m；(d) GNR 做成器件后核心電極區(qū)的光學照片，GNR 上通過電子束曝光和電子束蒸發(fā)鍍膜工藝，做上厚度大約為 50nm 的 Pd 電極，接觸電極之間有效間隔約為1.0 m,低溫電輸送性質研究 用標準的微納加工流程把這一 GNR 做成了器件。在 GNR

6、器件上除了有直接接觸 GNR 的 Pd 電極之外( 電極間距約 1m),還有邊門電極，這是給 GNR 加橫向電場用的。 在 0.3K 的溫度下選擇中間兩個相鄰電極，用鎖相放大器技術對電導 G 進行標準的兩端法交流測量。圖4(a)是電導 G 相對于邊門電壓Vg和源漏偏壓Vb的二維圖，發(fā)現(xiàn) GNR 的兩個電極之間的電子波發(fā)生了法布里-珀羅干涉。,（a) GNR 中 G 隨 Vg 和 Vb 變化的二維圖，白線為法布里-珀羅電導振蕩周期的示意圖（測量溫度為 0.3K ）； （b） GNR 中法布里-珀羅干涉電子波諧振腔的示意圖。電子波在源漏電極 S 與 D 之間與 GNR 接觸的界面之間多次反射，形成法布里-珀羅干涉,結論： 電學的法布里-珀羅干涉通常只發(fā)生在一維共振腔里。 本實驗的測量結果說明我們機械剝離得到的 GNR 寬度很窄，幾何形狀非常理想，且非常純凈，使得其中的電子形成了一個很好的一維體系。 因此，它可以用來制造納米電子器件，如單電子晶體管、高頻轉換晶體管，這可以加快計算機的微型化步驟，提高其運算速度。,啟發(fā)和思考,1. 廣泛閱讀。做研究需要廣泛的閱讀相關方面的文獻資料，有著深厚的知識積累。就像每個文獻后的參考文獻一樣，在借鑒他人經驗和成果為我