化学气相沉积法制备石墨烯的过程

化学气相沉积法新材料的制备

1 化学气相沉积法

化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说，它是很简单的:两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。淀积氮化硅膜(Si3N4)就是一个很好的例子，它是由硅烷和氮反应形成的。

1.1 化学气相沉积法的原理

化学气相沉积法是利用气相反应，在高温、等离子或激光辅助灯条件下，控制反应器呀、气流速率、基板材料温度等因素，从而控制纳米微粒薄膜的成核生长过程；或者通过薄膜后处理，控制非晶薄膜的晶化过程，从而或得纳米结构的薄膜材料。

CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜，也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料，同时让高熔点物质可以在较低温度下制备。

1.2 分类

用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料，包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。采用各种反应形式，选择适当的制备条件—基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜才来。

通过反应类型或者压力来分类，可以将化学气相沉积法分为：低压CVD(LP

化学气相沉积法新材料的制备

1 化学气相沉积法

化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说，它是很简单的:两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。淀积氮化硅膜(Si3N4)就是一个很好的例子，它是由硅烷和氮反应形成的。

1.1 化学气相沉积法的原理

化学气相沉积法是利用气相反应，在高温、等离子或激光辅助灯条件下，控制反应器呀、气流速率、基板材料温度等因素，从而控制纳米微粒薄膜的成核生长过程；或者通过薄膜后处理，控制非晶薄膜的晶化过程，从而或得纳米结构的薄膜材料。

CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜，也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料，同时让高熔点物质可以在较低温度下制备。

1.2 分类

用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料，包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。采用各种反应形式，选择适当的制备条件—基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜才来。

通过反应类型或者压力来分类，可以将化学气相沉积法分为：低压CVD(LP

热丝化学气相沉积

大连理工大学

硕士学位论文

热丝化学气相沉积法制备纳米金刚石薄膜

姓名：任瑛

申请学位级别：硕士

专业：材料学

指导教师：张贵锋

20090601

热丝化学气相沉积

大连理工大学硕士学位论文

摘要

采用热丝化学气相沉积（ＨＦＣＶＤ）法，以ＣＨ棚２混合物气体为气源，通过改变沉积气压、甲烷浓度、添加不同浓度的氩气及施加负脉冲偏压，在（１００）单晶硅、不锈钢及钛片上，沉积了纳米金刚石（ＮＣＤ）薄膜。利用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、原子力显微镜（ＡＦＭ）、Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）、拉曼光谱仪（Ｒａｍａｎ）及透射电镜（ＴＥＭ）对金刚石薄膜的表面形貌和结构特征进行分析。

实验结果表明：晶粒尺寸随着沉积气压的降低而减小。金刚石的（１１１）、（２２０）、（３１１）ＸＲＤ衍射峰强度也逐渐减弱。当气压为２ｘ１０３Ｐａ时，制备的薄膜具有纳米金刚石的结构特征，表现为１３３０ｃｍ。１附近出现金刚石特征拉曼峰，１５８０ｃｍ。１附近存在石墨特征峰，且１１５０ｃｍ‘１处出现微弱的散射峰。在Ｃ啪混合气体中加入氩气，随着氩气浓度的增大，薄膜的晶粒尺寸逐渐减小。当氩气浓度为９８％时，高分辨电子显微照片及电子衍射谱分析，发现薄膜含有纳米金刚石颗粒及一定量的非晶碳相。同时发现，晶粒细化导致薄膜内

热丝化学气相沉积

大连理工大学

硕士学位论文

热丝化学气相沉积法制备纳米金刚石薄膜

姓名：任瑛

申请学位级别：硕士

专业：材料学

指导教师：张贵锋

20090601

热丝化学气相沉积

大连理工大学硕士学位论文

摘要

采用热丝化学气相沉积（ＨＦＣＶＤ）法，以ＣＨ棚２混合物气体为气源，通过改变沉积气压、甲烷浓度、添加不同浓度的氩气及施加负脉冲偏压，在（１００）单晶硅、不锈钢及钛片上，沉积了纳米金刚石（ＮＣＤ）薄膜。利用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、原子力显微镜（ＡＦＭ）、Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）、拉曼光谱仪（Ｒａｍａｎ）及透射电镜（ＴＥＭ）对金刚石薄膜的表面形貌和结构特征进行分析。

实验结果表明：晶粒尺寸随着沉积气压的降低而减小。金刚石的（１１１）、（２２０）、（３１１）ＸＲＤ衍射峰强度也逐渐减弱。当气压为２ｘ１０３Ｐａ时，制备的薄膜具有纳米金刚石的结构特征，表现为１３３０ｃｍ。１附近出现金刚石特征拉曼峰，１５８０ｃｍ。１附近存在石墨特征峰，且１１５０ｃｍ‘１处出现微弱的散射峰。在Ｃ啪混合气体中加入氩气，随着氩气浓度的增大，薄膜的晶粒尺寸逐渐减小。当氩气浓度为９８％时，高分辨电子显微照片及电子衍射谱分析，发现薄膜含有纳米金刚石颗粒及一定量的非晶碳相。同时发现，晶粒细化导致薄膜内

改进的Hummers法制备氧化石墨

改进的Hummers法制备氧化石墨:在冰水浴中装配好500 ml的反应瓶，将5 g石墨粉和5 g硝酸钠与200 ml浓硫酸混合均匀，搅拌下加入25 g高氯酸钾，均匀后，再分数次加入15 g高锰酸钾，控制温度不超过20 ℃，搅拌一段时间后，撤去冰浴，将反应瓶转移至电磁搅拌器上，电磁搅拌持续24 h。之后，搅拌下缓慢加入200 ml去离子水，温度升高到98 ℃左右， 搅拌20 min后，加入适量双氧水还原残留的氧化剂，使溶液变为亮黄色。然后分次以10000 rpm转速离心分离氧化石墨悬浮液，并先后用5%HCl溶液和去离子水洗涤直到分离液pH=7。将得到的滤饼真空干燥即得氧化石墨。氧化石墨的制备工艺流程如图3-1所示。

注：低温反应(＜20℃)中，由于温度很低，硫酸的氧化性比较低，不足以提供插层反应的驱

动力，所以，石墨烯原先没有被氧化。当加入高锰酸钾后，溶液的氧化性增强，石墨烯的边缘首先被氧化。随着氧化过程的进行和高锰酸钾加入量的增加，石墨里的碳原子平面结构逐渐变成带有正电荷的平面大分子,边缘部分因氧化而发生卷曲。此时，硫酸氢根离子和硫酸分子逐渐进入石墨层间,形成硫酸-石墨层间化合物。中温反应(＜40℃)时，硫酸

气相沉积技术研究现状及应用

任 强，吴玉萍

（河海大学，南京）

摘要:本文主要阐述了气相沉积技术的研究现状，介绍了化学气相沉积技术和物

理气相沉积技术，分析并展望了其未来的发展趋势。

关键词：材料表面工程；气相沉积；薄膜技术；

The Recent Research andApplication of Vapor

Deposition Technology

REN Qiang,Wu Yuping

(College of Mechanical and Eletronic Engineering ,Hohai University,

Nanjing,China)

Abstract:This article mainly expounds the research status quo of vapor deposition technology, introduces the chemical vapor deposition technology and physical vapor deposition technology, analyses and prospects its development trend of the future

化学气相沉积法制作梯度折射率光学材料的 详细介绍主讲人： 主讲人：陈庆德 专业：09光信息科学与技术 专业：09光信息科学与技术 指导老师： 指导老师：石市委

化学沉积法定义----化学气相沉积 定义 化学气相沉积(Chemical vapor deposition,简称 化学气相沉积 ，简称CVD)是反 是反 应物质在气态条件下发生化学反应， 应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态 基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。 基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的 气态传质过程。与之相对的是物理气相沉积( 气态传质过程。与之相对的是物理气相沉积(PVD)。 )。

微制程大都使用CVD技术来沉积不同形式的材料，包括单晶、多晶、 技术来沉积不同形式的材料，包括单晶、多晶、 微制程大都使用 技术来沉积不同形式的材料 非晶及磊晶材料。这些材料有硅、碳纤维、碳纳米纤维、纳米线、 非晶及磊晶材料。这些材料有硅、碳纤维、碳纳米纤维、纳米线、纳 米碳管、 硅碳、氮化硅、 米碳管、SiO2、硅锗、钨、硅碳、氮化硅、氮氧化硅及各种不同的 、硅锗、 high-k介质等材料。CVD制程也常用来生成合成钻石。 介质等材料。 制程也

石墨烯的制备方法与应用

摘要: 石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体, 它是构筑零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等sp2 杂化碳的基本结构单元, 具有很多奇异的电子及机械性能。因而吸引了化学、材料等其他领域科学家的高度关注。本文介绍了近几年石墨烯的研究进展, 包括石墨烯的合成、去氧化、化学修饰及应用前景等方面的内容。石墨烯由于其特殊的电学、热学、力学等性质以及在纳米电子器件、储能材料、光电材料等方面的潜在应用,引起了科学界新一轮的热潮。 关键字: 石墨烯, 制备, 应用,氧化石墨烯，传感器

石墨烯的定义

石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万分之一，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学质量。

石墨烯的结构

完美的石墨烯是二维的, 它只包括六角元胞(等角六边形)。 如果有五角元胞和七角元胞存在,那么他们构成石墨烯的缺陷。如果少量的五角元胞细胞会使石墨烯翘曲; 12个五角元胞的会形成富勒烯。碳纳米管也被认为是卷成圆桶的石墨烯;

可见，石墨烯是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石

化学气相沉积法制作梯度折射率光学材料的 详细介绍主讲人： 主讲人：陈庆德 专业：09光信息科学与技术 专业：09光信息科学与技术 指导老师： 指导老师：石市委

化学沉积法定义----化学气相沉积 定义 化学气相沉积(Chemical vapor deposition,简称 化学气相沉积 ，简称CVD)是反 是反 应物质在气态条件下发生化学反应， 应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态 基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。 基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的 气态传质过程。与之相对的是物理气相沉积( 气态传质过程。与之相对的是物理气相沉积(PVD)。 )。

微制程大都使用CVD技术来沉积不同形式的材料，包括单晶、多晶、 技术来沉积不同形式的材料，包括单晶、多晶、 微制程大都使用 技术来沉积不同形式的材料 非晶及磊晶材料。这些材料有硅、碳纤维、碳纳米纤维、纳米线、 非晶及磊晶材料。这些材料有硅、碳纤维、碳纳米纤维、纳米线、纳 米碳管、 硅碳、氮化硅、 米碳管、SiO2、硅锗、钨、硅碳、氮化硅、氮氧化硅及各种不同的 、硅锗、 high-k介质等材料。CVD制程也常用来生成合成钻石。 介质等材料。 制程也

原子层沉积（Atomic

layer deposition)是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法。原子层沉积与普通的化学沉积有相似之处。 原子层沉积

但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。 单原子层沉积（atomic layer deposition，ALD），又称原子层沉积或原子层外延（atomic layer epitaxy） ，最初是由芬兰科学家提出并用于多晶荧光材料ZnS:Mn以及非晶Al2O3绝缘膜的研制，这些材料是用于平板显示器。由于这一工艺涉及复杂的表面化学过程和低的沉积速度，直至上世纪80年代中后期该技术并没有取得实质性的突破。但是到了20世纪90年代中期，人们对这一技术的兴趣在不断加强，这主要是由于微电子和深亚微米芯片技术的发展要求器件和材料的尺寸不断降低，而器件中的高宽比不断增加，这样所使用材料的厚度降低值几个纳米数量级

[5-6]。因此原子层沉积技术的优势就体现出来，如单原子层逐次沉积，沉积层极均匀的厚度和优异的一致性等就体现出来，而沉积速度慢的问题就不重要了。以下主要讨论原子层沉积原理和化学，原子层沉积与其他相关技术的比较，