n掺杂石墨烯及其场效应晶体管研究

石墨烯（graphene）是一种拥有二维结构的碳材料，每层石墨烯由碳原子通过sp2杂化形成的六角形晶格组成。由于其独特的结构和优异的电子输运性能，石墨烯在材料科学和纳米电子学领域引起了广泛的关注。

一般情况下，石墨烯是一种零带隙材料，即其导带和价带在费米能级附近相交，使得电子无法被完全禁闭或针对特定应用产生高的载流子浓度。为了改变石墨烯的导电性质，研究人员通常会往其结构中引入杂原子，其中掺杂氮（N）是应用最广泛的方法之一。氮原子可以替代碳原子占据石墨烯的晶格位点，形成氮掺杂石墨烯。

氮掺杂石墨烯可以在一定程度上改变石墨烯的导电性质。一方面，氮原子的引入会导致石墨烯结构中断，破坏了部分π共轭结构，增强了其带隙性能。这样的氮掺杂石墨烯被称为带隙石墨烯，其导电性能介于传统半导体和金属之间。另一方面，氮原子的掺杂可以引入额外的电子或空穴，增加了石墨烯的载流子浓度。这样的氮掺杂石墨烯被称为导电性石墨烯，由于额外的载流子浓度，其导电性能得到显著提高。

在氮掺杂石墨烯的基础上，研究人员开发了场效应晶体管（FET），以进一步实现对石墨烯电子输运的控制。场效应晶体管是一种通过在半导体材料上利用外接电场调节载流子浓度的电子装置。在氮掺杂石墨烯上构建的场效应晶体管可以通过引入铝栅极和硅衬底来实现。

研究发现，氮掺杂石墨烯场效应晶体管具有优异的电子性能。通过调节外加电场，可以实现晶体管的开关效应，即使在室温下也可以实现高电导率和低漏电流。此外，石墨烯的二维结构使得其表面与底物接触的面积较大，从而使得场效应晶体管具有高灵敏度和快速响应的特性。

除了在电子学应用中的潜在应用，氮掺杂石墨烯场效应晶体管还具有其他许多有趣的特性。例如，研究人员还发现氮掺杂石墨烯可以作为气敏材料，对环境中的一氧化碳等气体具有高灵敏度。此外，石墨烯的高载流子迁移率、高光学透明性和强机械柔韧性还为其在光电子学和柔性电子学领域的应用提供了新的可能性。

综上所述，石墨烯和氮掺杂石墨烯是当前材料科学和纳米电子学领域的研究热点。通过引入杂原子，研究人员可以改变石墨烯的导电性质，实现对其电子运输的控制。在此基础上构建的场效应晶体管具有优异的电子性能和其他特殊特性，为其在电子学和其他领域的应用提供了广阔的前景。除了石墨烯和氮掺杂石墨烯的材料特性和应用前景，研究人员还在其制备方法和性能改进方面进行了广泛的研究。

一种常见的制备石墨烯的方法是机械剥离法，即通过用胶带从石墨烯材料（如石墨）表面剥离单层石墨烯。然而，这种方法制备的石墨烯层厚度不均匀，且产量较低。为了克服这些问题，研究人员发展了多种制备石墨烯的方法，如化学气相沉积法、机械切割法和蒸发沉积法等。这些方法能够在较大的尺寸范围内制备高质量的石墨烯片。

对于氮掺杂石墨烯的制备，研究人员通常选择尿素（urea）或

氨气（NH3）作为氮源，通过热处理的方法在石墨烯上引入氮原子。氮掺杂的程度可以通过控制热处理的温度和时间来调节，从而得到不同类型和浓度的氮掺杂石墨烯。

除了制备方法的改进，研究人员还致力于提高氮掺杂石墨烯的性能。一种常用的方法是利用其他元素的多原子掺杂。例如，双原子掺杂可以通过引入氮和硼或碳和硼来进行。这种多原子掺杂可以进一步调节石墨烯的带隙性能和电导率，提高其在电子器件中的应用效果。

此外，研究人员还通过对石墨烯进行二维材料的层间堆叠和拓扑结构调控，实现了多层石墨烯的导电性能和光学特性的调节。例如，通过将石墨烯与其他二维材料（如硫化钼、硒化硒）堆叠在一起，可以形成异质结构，进一步增强导电性能和光电特性。此外，通过调控石墨烯层数的多少，还可以实现调节其能带结构和输运性能等。

在应用方面，氮掺杂石墨烯及其场效应晶体管已经在光电子学、传感器、能量存储和生物医学等领域展示了巨大的潜力。例如，氮掺杂石墨烯可以用作高性能电化学储能材料，用于制备超级电容器和锂离子电池。它还可以作为高效的光电转换器件，用于太阳能电池和光电检测器。

此外，氮掺杂石墨烯场效应晶体管还可以用作高灵敏度的气体传感器。氮掺杂石墨烯表面的氮原子可以吸附气体分子，通过

测量电流的变化，可以实现对环境中的气体进行检测和分析。

在生物医学应用方面，氮掺杂石墨烯可以用于制备生物传感器和药物递送系统。其高载流子迁移率和高光学透明性使其成为优选的材料用于监测生物分子或药物的浓度。此外，石墨烯的高机械柔韧性还使其成为可穿戴和柔性电子器件的理想候选材料。

总体而言，石墨烯和氮掺杂石墨烯的研究和应用持续推进，并展示了极高的潜力。随着制备方法的改进和性能的优化，相信这些材料将在电子学、能源、传感器和生物医学等领域得到广泛应用，并为科学研究和工业发展带来重大突破。

文献综述石墨烯集成电路

石墨烯在场效应晶体管方面的应用研究 2004年，英国物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫使用胶带从石墨上剥离获得了二维材料石墨烯，并在2010 年收获了诺贝尔物理学奖。自从石墨烯发现以来，关于石墨烯材料的科学研究不断取得重要进展，其在微电子、量子物理、材料、化学等领域都表现出许多非凡的性能和潜在的广阔应用前景，石墨烯二维材料一经发现就在全世界激起了巨大的波澜。单层碳原子组成的石墨烯可以是碳纳米管和石墨的基本构成单元。石墨烯沿着轴向转曲就成了碳纳米管，不同的轴和直径会产生不同性质的碳纳米管。当石墨烯层沿着垂直于二维平面的方向叠起来，就成为了双层石墨烯、三层石墨烯、多层石墨烯。随着层叠的层数不断增多，最终成为石墨。石墨烯是由碳原子组成的二维薄膜材料，由于具备独特的电学性质、光学性质、机械性质以及热学性质，这种六角蜂窝结构的材料吸引了广泛的科研兴趣。石墨烯的厚度为一个碳原子那么厚，它的比表面积很大，在狄拉克点附近的狄拉克电子呈现线性能量-动量色散关系，其在紫外-可见-红外区域的超宽带光谱范围里所有频率的光子都具有共振的光学响应。它还具有很高的机械强度，强度是钢的100 倍。而且具备很好的韧性，有潜力被制成各类柔性器件。随着后摩尔时代的到来，集成电路制造技术不断改进，极紫外光刻的引入，将特征尺寸大幅度减小，下一代硅基集成电路的特征尺寸将达到15nm甚至10nm以下。但是，随之而来的短沟道效应和介质隧穿效应等的影响，以及制造难度的提升，将难以得到特征尺寸小雨10nm的性能稳定的电路产品。所以急需研究开发新材料、新结构和新工艺的器件。石墨烯对于制作电子器件比较重要的特性有：（1）双极性场效应：尽管有半金属的性质，但和传统的金属不同，石墨烯具有明显的双极性电场效应，在电场的作用下能够从n型连续的变成p型，载流子浓度可以达到（2）超高的迁徙率：石墨烯作为电子器件材料最受关注的特点就是拥有超高的电子迁移率。在室温时的亚微米尺寸下，它依然保持超高的电子迁移率（3）带隙调控：由于二维的石墨烯片层没有带隙，呈金属性，因此限制了其他应用领域。获得一种含有带隙石墨烯的有效途径是破坏其对称性，这可以通过以下两种方法实现：将石墨烯片层切成窄条状制得石墨烯纳米带，或将两个石墨烯片层不对称的叠在一起。如果对石墨烯进行切割，可以获得两种不同的石墨烯纳米带。按照石墨烯纳米带边缘结构的差别来区分，石墨烯纳米带可以分为锯齿型（zigzag GNR）和扶手椅型（armchair GNR）两种。不同的边缘原子状态，导致两种石墨烯纳米带有不同的电学性质，扶手椅型石墨烯纳米带具有半导体性质，而锯齿形的石墨烯具备金属性质。因此可以应用纳米刻蚀技术，切割不同边缘类型的石墨烯纳米带，调制石墨烯纳米带禁带，并以此来获得不同电学性质的石墨烯纳米带，应用在不同的场合。

石墨烯掺杂的研究进展

石墨烯掺杂的研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维纳米材料，自2004年被科学家首次成功制备以来，其独特的物理、化学和机械性能引起了全球科研人员的广泛关注。作为一种理想的掺杂材料，石墨烯的掺杂研究对于调控其电子结构、优化其性能以及拓展其应用领域具有重要意义。本文旨在对石墨烯掺杂的研究进展进行全面的概述和总结，旨在为读者提供关于石墨烯掺杂技术的最新发展、挑战以及未来趋势的深入理解。本文首先简要介绍了石墨烯的基本性质和应用潜力，然后重点综述了近年来石墨烯掺杂的主要研究方法和取得的重要成果。我们关注不同掺杂元素（如B、N、P等）对石墨烯电子结构和性能的影响，同时也探讨了掺杂石墨烯在能源、电子、生物医学等领域的应用进展。我们还对石墨烯掺杂研究中存在的问题和挑战进行了讨论，并对未来的研究方向进行了展望。通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个清晰、全面的石墨烯掺杂研究图景，为相关领域的科研人员和工程师提供有价值的参考和

启示。我们也期望能够激发更多的科研工作者投入到石墨烯掺杂研究的热潮中，共同推动这一领域的发展和创新。二、石墨烯掺杂的理论基础石墨烯，作为一种二维的碳纳米材料，自其被发现以来，便因其独特的电子结构和物理性质引起了科研人员的广泛关注。然而，纯净的石墨烯在某些应用场景中可能并不满足性能需求，因此，通过掺杂调控其电子结构和性质成为了研究的热点。掺杂是指通过引入外来原子或分子，改变原有材料的电子结构，从而调控其物理和化学性质。在石墨烯中，掺杂可以通过替代、间隙或表面吸附等方式实现。替代掺杂是指外来原子取代石墨烯中的碳原子，间隙掺杂则是外来原子填充在石墨烯的层间或晶格空隙中，而表面吸附则是指外来分子或原子与石墨烯表面发生相互作用。掺杂对石墨烯的电子结构、电导率、光学性质等方面都有显著影响。例如，通过n型或p型掺杂，可以调控石墨烯的载流子浓度，从而改变其电导率。掺杂还可以引起石墨烯光学性质的改变，如吸收光谱的红移或蓝移。选择合适的掺杂剂是实现有效掺杂的关键。常见的掺杂剂包括金属原

石墨烯的研究与应用综述、产业现状

石墨烯的研究与应用综述一、石墨烯的结构与特性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，是最薄的二维材料，单层的厚度仅0.335nm。石墨烯可塑性极大，是构建其他维数碳材料的基本单元，可以包裹成零维的富勒烯结构，卷曲成一维的碳纳米管，以及堆垛成三维的石墨等。石墨烯的理论研究已有60多年的历史，但直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，利用胶带剥离高定向石墨的方法获得真正能够独立存在的二维石墨烯晶体，二人因此荣获2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯具有一些奇特的物理特性：导电性极强：石墨烯中的电子没有质量，电子的运动速度能够达到光速的1/300，是世界上电阻率最小的材料。良好的导热性：石墨烯的导热性能优于碳纳米管和金刚石，单层石墨烯的导热系数可达5300瓦/米水度，远高于金属中导热系数高的银、铜等。极好的透光性：石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，并使所有光谱的光均匀地通过。超高强度：石墨烯被证明是当代最牢固的材料，硬度比莫氏硬度10级的金刚石还高，却又拥有很好的韧性，可以弯曲。超大比表面积：石墨烯拥有超大的比表面积(单位质量物料所具有的总面积)，这使得石墨烯成为潜力巨大的储能材料。石墨烯特殊的结构形态，具备目前世界上最硬、最薄的特征，同时具有很强的韧性、导电性和导热性，这些极端特性使其拥有巨大发展空间，应用于电子、航天、光学、储能、生物医药、日常生活等大量领域。

二、石墨烯的制备方法石墨烯的制备方法主要有机械法和化学法2种。机械法包括微机械分离法、取向附生法和加热碳化硅法；化学法包括外延生长法、化学气相沉积法与氧化石墨还原法。微机械分离法是直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来，可获得高品质石墨烯，且成本低，但缺点是石墨烯薄片尺寸不易控制，不适合量产；取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，石墨烯性能令人满意，但往往厚度不均匀；加热碳化硅法能可控地制备出单层或多层石墨烯，是一种新颖、对实现石墨烯的实际应用非常重要的制备方法，但制备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。外延生长法包括碳化硅外延生长法和金属催化外延生长法，这种方法条件苛刻(高温、高真空)、且制得的石墨烯不易从衬底上分离出来，不能用于大量制造石墨烯。化学气相沉积法（CVD）是将碳氢化合物甲烷、乙醇等通入到高温加热的金属基底Cu、Ni表面，反应一定时间后进行冷却，冷却过程中在基底表面便会形成石墨烯，可满足规模化制备高质量、大面积石墨烯的要求；氧化石墨还原法制备石墨烯是将石墨片分散在强氧化性混合酸中，加入氧化剂，再经过超声处理得到氧化石墨烯, 最后还原得到石墨烯，该法也被认为是目前制备石墨烯的最佳方法之一，操作简单、制备成本低，可以大规模地制备出石墨烯。制备大面积、高质量的石墨烯仍然是一个较大的挑战。虽然化学气相沉淀法和氧化还原法可以大量的制备出石墨烯，但是化学气相沉淀法在制备后期，对于石墨烯的转移过程比较复杂，而且制备成本较高，另外基底内部C 生长与连接往往存在缺陷。利用氧化还原法在制备时，强氧化剂会严重破坏石墨烯的电子结构以及晶体的完整性，影响电子性质，因而限制了其在精密的微电子领域的应用。

【精品】石墨烯及其场效应晶体管

石墨烯是由sp2杂化碳原子构成的一种具有蜂窝状六方点阵结构的二维纳米材料,是构成其它维度碳材料的基础。石墨烯的长程π共轭电子,使其具有优异的热学、机械和电学性能。因此,研究者对石墨烯未来在纳米电子学、材料科学、凝聚态物理以及低维物理方面的应用产生了广泛的兴趣,但石墨烯在电子领域的应用受限于它的零带隙特性。为了打开石墨烯的带隙,研究者探索了许多方法,比如剪裁石墨成量子点、纳米带、纳米网格或者把石墨烯铺到特殊的衬底上,其中一个可行的方法就是通过掺杂来调控石墨烯的电学性质,但本征石墨烯具有完美的蜂窝状结构,很难通过杂质原子的掺杂来调控其电学性能,为此,本文重点对N+离子注入实现石墨烯的掺杂进行了探索。本文制备了机械剥离和还原氧化两类石墨烯,利用光学显微镜、AFM、拉曼光谱、傅里叶红外光谱、XPS、AES等手段对石墨烯进行了表征;对两类石墨烯分别进行了N+离子注入和随后的退火处理,成功实现了两类石墨烯的掺杂;并制备了相应的石墨烯场效应晶体管,研究了其电学性能。得出的主要结果如下:①利用表征石墨烯的重要工具——拉曼光谱,研究了石墨烯缺陷的变化与离子注入剂量之间的关系。得到了合适的离子注入的剂量:1×1014cm-2,在此剂量下,石墨烯表面会有适当的缺陷用来掺杂,并且这些缺陷可以通过退火来消除;②发现在氮气中退火样品的拉曼光谱谱峰的蓝移比在氨气中的明显。这可能是因为在氨气中退火后氮原子掺杂进石墨烯,使得石墨烯产生较小的应变;③采用XPS和AES检测了在氮气和氨气气氛中退火的离子注入石墨烯样品。

结果显示,在氮气中退火的样品中没有N信号,而在氨气退火的样品中有N信号。结果说明了离子注入的石墨烯通过在氨气中退火,实现了N掺杂;④为了研究不同石墨烯样品的电学性质,制备了背栅石墨烯场效应晶体管。结果显示,本征石墨烯场效应晶体管是双极晶体管,它的电导最小值位于正栅压位置,说明石墨烯是p-型掺杂。用在氮气中退火的离子注入石墨烯制备的场效应晶体管的双极特性消失了,电导最小值仍然处于正栅压位置,还是p-型掺杂。用在氨气中退火的离子注入石墨烯制备的场效应晶体管显示出了双极特性,在真空中它的电导最小值位于负栅压位置,表明是n-型掺杂。此外,本文还研究了还原石墨烯的掺杂,利用拉曼光谱和傅里叶红外光谱表征了N+离子注入后的还原石墨烯的结构,制备了场效应晶体管,并测试了其电学性能。结果发现,N+离子注入还原石墨烯和本征石墨烯不同,N+离子与还原后的氧化石墨烯表面的官能团发生了反应,从而起到了掺杂的效果。通过场效应晶体管的测试发现N+离子注入具有调节晶体管阈值电压的功能。分子式：C 1）耐高温型：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。

石墨烯的制备及其在电子器件中的应用研究

石墨烯的制备及其在电子器件中的应用研究石墨烯是由碳原子组成的二维材料，具有出色的导电、导热和机械性能。近年来，随着石墨烯的制备技术的不断发展，石墨烯在电子器件领域的应用也越来越广泛。本文将介绍石墨烯的制备方法以及其在电子器件中的应用研究。一、石墨烯的制备目前，常用的石墨烯制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法、液相剥离法、还原氧化石墨烯法和等离子体增强化学气相沉积法等。其中，机械剥离法是最早被报道的石墨烯制备方法之一，该方法利用胶带或者刮刀等工具将石墨材料剥离成石墨烯层片，但是该方法的偶然性较大且不易批量生产。化学气相沉积法则是一种比较成熟的石墨烯制备方法，该方法通过将碳源分子沉积在基底表面上，然后通过退火等工艺使其形成石墨烯层片。液相剥离法则是在有机溶剂或者水中将氧化石墨烯剥离成石墨烯层片，该方法操作简单但需要大量的溶剂来处理。二、石墨烯在电子器件中的应用由于石墨烯具有极高的导电性和导热性，因此在电子器件中的应用十分广泛。下面将介绍一些典型的应用案例。 1.石墨烯场效应管石墨烯场效应管是一种基于石墨烯材料制造的新型晶体管，该器件具有极高的电导率、极低的漏电流和快速的开关速度。由于石墨烯的导电性非常出色，因此相较于传统的硅材料，石墨烯场效应管可以更好地利用电流和热量，从而实现更高的工作效率。石墨烯场效应管可应用于显示器、集成电路、光伏电池等领域。 2.石墨烯透明导电膜石墨烯透明导电膜是一种新型的薄膜材料，通过在透明基底上沉积石墨烯材料，可以制造出高透明度、高导电性的薄膜。石墨烯透明导电膜具有良好的光透过率和

导电性能，因此可以用于制造电子设备的电极，例如触摸屏、LED灯、智能窗户等。 3.石墨烯传感器石墨烯传感器是一种基于石墨烯材料制造的敏感元器件，通过响应外部环境的变化来实现对物理、化学、生物等信号的检测。石墨烯传感器具有快速响应、高灵敏度、低功耗等优点，因此在环境监测、医学检测、无线通信等领域有广泛的应用。总结本文简要介绍了石墨烯的制备方法以及其在电子器件中的应用。虽然石墨烯技术仍处于不断发展的阶段，但是其优异的性能和广泛的应用前景已经引起了人们的重视。相信在未来，随着石墨烯制备技术的不断提高和改进，石墨烯将在电子器件领域中发挥越来越重要的作用。

石墨烯晶体管例子

石墨烯晶体管例子石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有许多特殊的性质，例如高电导、高强度和高透明度等。这些特性使得石墨烯成为了许多领域的研究热点，其中之一便是电子学领域中的晶体管。晶体管是电子学中的一种基本元件，用于放大和控制电流。它由三个区域组成：源（Source）、漏（Drain）和栅（Gate）。当电流通过栅极时，由于栅极对源漏区的电场控制作用，使得源漏区的电流发生变化，实现对电流的调控。在传统的半导体材料中，晶体管的栅极是通过掺杂某些材料，如硅或镓等，来实现的。但是石墨烯作为一种纯碳材料，无法通过掺杂来实现栅极的调控。因此，石墨烯晶体管采用了另一种调控方式：利用石墨烯的电子结构特性。石墨烯的电子带结构与晶体管的工作原理密切相关。在石墨烯中，碳原子形成了一个六角形的晶格结构，并形成了一个π共价键层，这种电子结构被称为石墨烯的共价π键层。在这个层中，电子的能态有一个之间距离非常小的能带（称为声子能带），该能带具有很高的电

荷移动度和峰值电流。在石墨烯晶体管中，栅极和源漏之间的区域被称为通道，通道中的电子运动受到石墨烯的声子能带的控制。在石墨烯晶体管中，栅极与通道之间的关系十分重要。当栅极施加电场时，会抑制声子能带的能量，从而改变通道中的输运行为。这种现象被称为“电场效应”，是石墨烯晶体管的一个核心特性。在实际应用中，石墨烯晶体管具有许多优点。与传统的半导体晶体管相比，石墨烯晶体管具有更高的响应速度、更低的电压操作范围和更小的占用面积。此外，由于石墨烯的高透明度和柔性，石墨烯晶体管可以用于柔性电子器件的制造。然而，石墨烯晶体管也存在一些挑战和难点。首先，石墨烯晶体管的通道长度不可以超过几微米，因为太长的通道会导致电子散射和损耗。其次，石墨烯晶体管的制造技术需要高精度的控制，包括图案化、覆盖应变层等，这使得石墨烯晶体管制造的成本较高。在未来，随着石墨烯材料的进一步发展和晶体管制造技术的不断改善，石墨烯晶体管具有良好的应用前景。它将为新一代的电子器件和集成电路提供更高的性能和更小的功耗。

新型石墨烯材料的研究及其应用

新型石墨烯材料的研究及其应用近年来，新型石墨烯材料的研究引起了广泛的关注和热议。石墨烯是一种单层的碳原子排成六边形晶格的材料，具有极强的力学强度和优异的电学、热学性能。它的发现引领了二维材料研究的潮流，被认为是未来材料科学研究的重要方向之一。本文将对新型石墨烯材料的研究和应用进行探究。一、新型石墨烯材料的研究目前，新型石墨烯材料的研究主要围绕两个方向展开：一是改性石墨烯的研究，包括通过杂原子和杂化合物改变石墨烯的性质，从而扩展石墨烯的应用领域；二是石墨烯衍生物的研究，包括氧化石墨烯、磷化石墨烯、氮化石墨烯等，通过衍生化反应，将石墨烯的性质进行调控。氧化石墨烯的研究是改性石墨烯中的一种重要手段。在氧化石墨烯中，石墨烯上的一些碳原子被氧化成羟基、羰基、羧基等官能团，从而改变了石墨烯的电学、化学性质。相比于原始石墨烯，氧化石墨烯具有更好的稳定性和加工性能，广泛应用于各个领域，如电子器件、储能材料、催化剂等。

另一个研究方向是针对石墨烯的衍生物进行研究。石墨烯衍生物是通过化学反应将石墨烯的结构进行改变而得到的新型材料。例如，磷化石墨烯是将石墨烯中的一些碳原子替换成磷原子而得到的材料，它的电学性能明显优于原始石墨烯。氮化石墨烯则是将石墨烯中的一些碳原子替换成氮原子得到的进一步改性石墨烯，它的氮原子掺杂使得其具有更好的催化活性和光催化性能。二、新型石墨烯材料的应用除了研究方向的改变，新型石墨烯材料的应用也正在发生重大的变化。传统上，石墨烯主要应用于电子器件、热管理、机械强度等领域。但随着石墨烯研究的深入，新型石墨烯材料的应用范围正在不断扩大。石墨烯的优异性能使得其成为制备纳米复合材料的理想载体。例如，石墨烯纳米复合材料在新能源领域中的应用是具有很大潜力的，如用石墨烯作为太阳能电池的电极材料，在电子器件制备方面具有广泛的应用前景，如石墨烯基薄膜晶体管、石墨烯场效应晶体管等。

一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法

一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法石墨烯场效应晶体管（Graphene Field-Effect Transistor，GFET）是一种基于石墨烯材料制造的晶体管。石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维晶体，具有出色的电子传输性能和独特的物理特性。石墨烯场效应晶体管利用石墨烯的优异特性，实现了高性能和低功耗的电子器件。石墨烯场效应晶体管的制造方法主要包括以下几个步骤： 1. 石墨烯的制备：石墨烯可以通过机械剥离法、化学气相沉积法、石墨氧化还原法等多种方法制备。其中，机械剥离法是最早被使用的方法，通过使用胶带将石墨烯从石墨表面剥离得到单层石墨烯。化学气相沉积法则是在金属衬底上通过化学反应生长石墨烯。石墨氧化还原法则是通过氧化石墨后还原得到石墨烯。 2. 衬底制备：在制造石墨烯场效应晶体管时，需要选择合适的衬底材料。常用的衬底材料有硅、石英等。衬底的选择要考虑到其与石墨烯的相容性以及对器件性能的影响。 3. 石墨烯转移：将制备好的石墨烯从生长表面转移到目标衬底上。这个步骤可以使用机械剥离法、化学溶液法、热压法等多种方法。其中，机械剥离法是最常用的方法，通过胶带将石墨烯从生长表面剥离并粘贴到目标衬底上。

4. 电极制备：制备石墨烯场效应晶体管时，需要制备源极、漏极和栅极。电极的制备可以通过光刻工艺、电子束曝光等方法。光刻工艺是最常用的方法，通过光刻胶、曝光和显影等步骤在衬底上形成所需的电极形状。 5. 石墨烯通道形成：通过光刻工艺，在石墨烯上形成通道区域。通道区域是电子传输的主要路径，通过控制通道的形状和尺寸可以调节晶体管的性能。 6. 终端结构形成：在石墨烯场效应晶体管的源极和漏极区域形成终端结构，用于接入外部电路。 7. 清洗和封装：在制造完成后，对器件进行清洗和封装。清洗可以去除制造过程中产生的杂质和残留物，封装可以保护器件并提供外部引脚。石墨烯场效应晶体管的制造方法对于实现高性能和低功耗的电子器件具有重要意义。石墨烯的优异特性使得石墨烯场效应晶体管具有高载流子迁移率、高开关速度和低漏电流等优点。此外，石墨烯还具有良好的机械柔韧性和热导性能，在柔性电子器件和热管理领域有广阔的应用前景。石墨烯场效应晶体管是一种基于石墨烯材料制造的高性能电子器件。通过制备石墨烯、衬底制备、石墨烯转移、电极制备、石墨烯通道

石墨烯场效应晶体管及其制备方法

（19）中华人民共和国国家知识产权局（12）发明专利申请（10）申请公布号 CN102623508A （43）申请公布日 2012.08.01（21）申请号CN201210113271.9 （22）申请日2012.04.17 （71）申请人北京大学地址100871 北京市海淀区颐和园路5号（72）发明人尹金泽;魏芹芹;魏子钧;赵华波;傅云义;黄如;张兴（74）专利代理机构北京万象新悦知识产权代理事务所(普通合伙) 代理人贾晓玲（51）Int.CI H01L29/78; H01L29/49; H01L21/04; B82Y10/00; 权利要求说明书说明书幅图（54）发明名称石墨烯场效应晶体管及其制备方法（57）摘要本发明公开了一种石墨烯场效应晶体管及其制备方法，该场效应晶体管包括柔性衬底，在所述柔性衬底上设有源漏电极，以及连接源漏电极的石墨烯材料，在石墨烯材料上设有一裹着介质层的氧化锌纳米线，所述石墨烯材料作为沟

道，所述氧化锌纳米线作为栅电极。本发明压电场效应晶体管通过施加外力来控制晶体管的工作状态。施加外力的方法有多种，可以人为手动施加，或通过超声的方法施加以及可以通过生物组织的振动(如心脏的跳动等)来施加。法律状态法律状态公告日法律状态信息法律状态 2012-08-01公开公开 2012-09-26实质审查的生效实质审查的生效 2014-03-26授权授权

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掺氮石墨烯的制备及其ORR催化性能的研究

掺氮石墨烯的制备及其ORR催化性能的研究李鹏飞;王升高;孔垂雄;杜祖荣;邓泉荣;王戈明【摘要】Some outstanding properties of nitrogen-doped graphene has attracted much attention.The most synthesis methods of nitrogen-doped graphene need high temperature and long time which wiil destroy the structure of graphene and weaken the performance. In this article,we propose nitrogen plasma discharge method for synthesis of N-doped graphene sheets by simultaneous N-doping and reduction of graphene oxide(GO)sheets. Meantime,various characterization tech-niques,such as Raman,TEM are introduced. Electrical measurements demonstrate that products have higher catalytic per-formance for Oxygen Reduction Reaction in an alkaline solution.%由于掺氮石墨烯具有优异的电化学性能，受到研究者的关注，然而在石墨烯掺氮的方法中大部分（热解法、烧结法）需要过高的温度（500~900℃）和较长的反应时间（2~3 h）[1-3]。采用微波等离子体对氧化石墨进行还原改性制备掺氮石墨烯，在低功率条件下反应时间只需20 min就得到了催化活性良好的掺氮石墨烯。掺氮石墨烯的表征技术主要包括Raman和TEM，并使用电化学工作站对掺氮石墨烯进行ORR催化性能评估。【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2014(000)006 【总页数】4页(P344-347) 【关键词】石墨烯;掺氮;微波等离子体;氧还原反应

掺杂对石墨烯输运性质、费米能级的影响

掺杂对石墨烯输运性质、费米能级的影响项目组成员: 指导老师：专业年级：所在学院：摘要：基于第一性原理的计算，研究了石墨烯纳米带单胞在有自旋和无自旋情况下的电学性质；以及在无自旋情况下，双极系统在N型掺杂情况下电子输运性质。研究表明，在无自旋时，石墨烯呈现出很好的导电性。对于双极系统，掺入杂质能增强体系的输运性质。并且在杂质浓度一定的情况下，通过改变电压同样也能改变体系的输运性质。关键词：石墨烯纳米带；掺杂；费米能级；透射率；输运谱一.研究简介 2010年英国的Andre Greim和KostyaNovoselov因为于2004年成功制备出石墨烯而获得10年诺贝尔奖。石墨烯瞬间声名大噪，石墨烯就是单层的碳原子单质石墨烯，目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm²/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。正是因为石墨烯的种种性质使得我们对石墨烯的研究变得极为有意义。当然由于实验器材的昂贵性，很多研究只有在计算机上通过VNL这个软件进行，结合我们的所学实际情况。我们分别比较了石墨烯在掺杂、本征情况下的透射谱、费米能级，为什么只进行掺杂呢？因为我们觉得像半导体掺杂能极大地改变半导体的电学性质一样，石墨烯的电学性质是否也与掺杂情况有关联？于是我们开始了我们的探索工作。二.探究过程和实施办法既然我们要探索石墨烯在不同情况下的电学性质，那么我们怎么探索呢？是不是用石墨烯做成一个电阻然后在两端加电压测电流方式呢？在宋老师的指导下，她首先给我们介绍了一个双极系统的概念。所谓双极系统就是由电极部分和中心区组成的系统，不过在我们这里探索的对象中双极系统的中心区域和电极区域都是由石墨烯够成的，形成一种对称结构的双极系统。了解一些基本的概念后我们开始搭建双极系统。Virtual Nanolab的脚本编辑功能使得我们近乎可以随心所欲地搭建我们所需的微观系统。

石墨烯和二硫化钼场效应晶体管的转移曲线

一、概述石墨烯和二硫化钼是当今材料科学领域备受瞩目的两种新型材料。它们具有独特的电学、光学和机械性能，在微电子器件、光电器件以及柔性电子器件方面展现出了巨大的应用潜力。石墨烯场效应晶体管和二硫化钼场效应晶体管作为两种重要的半导体材料，其转移曲线的研究对于理解其电学性能具有重要意义。二、石墨烯场效应晶体管的转移曲线 1. 石墨烯的特性石墨烯是一种由碳原子单层组成的二维晶格结构材料，具有高电子迁移率、透明、柔韧等特点。由于其独特的电子输运特性，石墨烯被广泛应用于场效应晶体管等领域。 2. 石墨烯场效应晶体管的结构石墨烯场效应晶体管由石墨烯薄膜和栅极等部件组成，其器件结构简单，制备工艺成熟。在实际应用中，石墨烯场效应晶体管的转移曲线对其电学性能进行评价和优化具有重要意义。 3. 石墨烯场效应晶体管的转移曲线特性石墨烯场效应晶体管的转移曲线通常呈现出双极性特性，具有高迁移率和低电阻率。通过研究其转移曲线特性，可以揭示其载流子输运机制和介电特性，为其在电子学器件中的应用提供重要参考。

三、二硫化钼场效应晶体管的转移曲线 1. 二硫化钼的特性二硫化钼是一种典型的过渡金属二硫化物材料，其层状结构赋予其优异的电子输运性能和光学特性。在柔性电子器件、光电器件等领域有着广泛的应用前景。 2. 二硫化钼场效应晶体管的结构二硫化钼场效应晶体管采用二硫化钼薄膜作为半导体材料，通常与栅极和源漏极等部件组成。其制备工艺相对简单，能够实现大面积的生产。 3. 二硫化钼场效应晶体管的转移曲线特性二硫化钼场效应晶体管的转移曲线主要受到载流子输运特性和接触电阻的影响，具有不同于石墨烯的特殊转移曲线形态。通过研究其转移曲线，可以评价其电学性能和优化器件结构。四、石墨烯和二硫化钼场效应晶体管的比较分析 1. 电学性能比较石墨烯场效应晶体管因其高迁移率和低电阻率而备受关注，具有优异的电学性能。而二硫化钼场效应晶体管则以其优秀的光学特性和载流子传输特性而著称。 2. 制备工艺比较

掺氮石墨烯的性质和应用

掺氮石墨烯的性质和应用掺氮石墨烯的性质与应用 1引言石墨烯就是一种理想的二维材料，石墨烯中碳原子的sp2杂化结构并使石墨烯具备理想的二维结构，它很大的比表面积(2630m2/g)1,发热传导性(～5000w/mk)2，较好的化学稳定性以及较低成本等并使它沦为复合材料的理想载体。目前已获得相同形态的石墨烯，包含二维结构的石墨纳米片(gnss)3-5、一维结构的纳米条带(gnrs)、零维结构的量子点(gqds)6,7，gnrs和gnds的性质可以通过它们的大小和边缘展开调节。然而，由于石墨烯没能带间隙8，使其电导性无法像是传统的半导体一样全然被掌控，而且石墨烯表面扁平且呈圆形惰性，有利于与其他材料的无机，从而制约了石墨烯的应用领域。对石墨烯进行功能化――合成石墨烯衍生物、表面官能团化、化学修饰、化学掺杂等,可以实现石墨烯及其相关材料更为广泛的应用9,10。其中,化学掺杂能够有效地调节其电子结构,改善其物理化学性质,从而优化了石墨稀多方面的性能,具有广阔的应用前景。由于n原子具有与c原子近似的原子半径,可以作为电子供体以取代的方式对石墨烯进行掺杂,且生成的n掺杂石墨稀表现出诸多优良的性能,如打开能带隙并调整导电类型，改变石墨烯的电子结构11，提高石墨烯的自由载流子密度12，从而提高石墨烯的导电性能和稳定性，增加石墨烯表面吸附金属粒子的活性位等。在场效应晶体管、传感器、超级电容器、e离子电池、燃料电池等领域的应用前景十分广阔。因此,对石墨烯进行n掺杂这项课题, 吸引着大批的科研工作者来探索。通常存有两种化学方法制备非金属参杂石墨烯13-15，一种就是替代参杂，即令 sp2构型的c被其它杂原子，如n、b、si等取代。另一种是在石墨烯表面吸附气体16，有机分子17或金属分子18实现功能化。n掺杂石墨烯有四种形态：吡啶n,吡咯n,石墨n和氧化吡啶n。吡啶n（n1）和吡咯(n2)在边缘或缺陷处，它们并不增加离域π键的电子数。石墨n（n3和n4）代替了石墨烯结构中的c，因此增加了离域π键的电子数。吡啶n也可以以氧化吡啶n的形式存在（n5）。通过实验发现这些掺杂n原子的存在增强了碳材料的碱性因而提高了orr活性。 2石墨烯的拌氮方法2.1轻易制备法 2.1.1化学气相沉积（cvd）法 cvd法在制备碳纳米材料中应用领域十分广为，比如说石墨烯的制备19、碳纳米管的制备20、碳纳米纤维的制备21、拌n碳纳米管22和石墨烯的制备等，它的基本思路就是把金属催化剂，如cu或ni做为基质，利用气态先驱反应物，即为含碳和含氮气体在高温下混合，通过在金属催化剂表面某些成分水解而在基体上形成n掺杂石墨烯。

[研究进展,石墨]试论石墨烯掺杂的研究进展

试论石墨烯掺杂的研究进展 1 引言自 2004 年石墨烯(Graphene)被以机械剥离的方法制备并被揭示出独特的物性以来, 世界上物理、化学、材料、电子以及工程领域的科学家都对其投注了巨大的研究兴趣. 其研究发起者安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫也因其开创性的工作获得了2010 年诺贝尔物理学奖. 石墨烯是一种由单层碳原子组成的平面二维结构,与石墨类似, 碳原子4 个价电子中的3 个以sp2 杂化的形式与最近邻三个碳原子形成平面正六边形连接的蜂巢结构, 另一个垂直于碳原子平面的z轨道电子在晶格平面两侧如苯环一样形成高度巡游的大键. 这种二元化的电子价键结构决定了石墨烯独特而丰富的性能:sp2 键有高的强度和稳定性, 这使其组成的平面六角晶格有极高的强度和热导, 实验测得石墨烯的杨氏模量可达近1 TPa、热导率可达3000 Wm-1K-1, 与金刚石十分接近; 另一方面, 晶格平面两侧高度巡游的大键电子又使其具有零带隙半导体和狄拉克载流子特性, 表现出良好的导电性、极高的电子迁移率(2.5105 cm2V-1s-1)、宽频的光吸收和非线性光学性质, 以及室温下的量子霍尔效应等. 这些优异的性能使石墨烯在太阳能电池、触摸屏、场效应晶体管、高频器件、自旋器件、场发射材料、灵敏传感器、高性能电池和超级电容、微纳机电器件及复合材料诸多领域都有潜在应用. 但是, 本征石墨烯零带隙的特点也给其在电子器件领域的应用带来了困难, 如漏电流大、开关比低等; 同时获得p 型和n 型石墨烯也是其应用于电子信息器件的必要条件. 因此对石墨烯可控的进行掺杂和能带调控具有极大挑战, 成为国际上研究的热点. 2 掺杂原理和检测方法本征石墨烯的价带和导带在布里渊区中心呈锥形接触, 因此是零带隙的半导体或半金属; 又由于其能量色散关系为线性, 载流子有效质量为零, 载流子运动方程要用含相对论效应的狄拉克方程描述, 因此载流子称为狄拉克载流子. 这种零带隙的能带结构容易受到各种因素, 如外电场、表面吸附、晶格变形、晶格替换掺杂等的影响而发生改变,与半导体类似的形成掺杂效应, 使石墨烯的费米面从狄拉克锥点进行上移或下移, 从而使主要载流子变成电子型或空穴型, 进而可以有效的打开石墨烯的带隙. 从掺杂目标上看, 石墨烯掺杂通常可以分为三种情况, 即n 型掺杂、p 型掺杂、以及单层或双层石墨烯的p/n 共掺杂. 从掺杂材料来源上, 有金属掺杂、小分子掺杂、基底掺杂、晶格掺杂以及来自于溶液和电解质的极性分子掺杂等等. 从掺杂机制上, 一般又可分为两种:一种是吸附掺杂, 是通过掺杂剂和石墨烯之间发生电荷转移实现的. 电荷的转移方向是由掺杂剂的电子最高占据轨道(HOMO)和最低未占据轨道(LOMO)与石墨烯费米能级的相对位置决定的. 如果掺杂剂的电子最高占据轨道高于石墨烯的费米能级, 那么电荷由掺杂剂转移到石墨烯, 此时掺杂剂是施主, 形成n 型掺杂; 如果掺杂剂的电子最低未占据轨道低于石墨烯的费米能级, 那么电荷由石墨烯转移到掺杂剂, 此时掺杂剂是受主, 形成p 型掺杂. 另一种是晶格掺杂, 一般是在石墨烯生长过程中引入掺杂原子, 掺杂原子替换掉石墨烯平面六角晶格中的碳原子, 并与邻近碳原子成键. 一般掺杂原子的价电子少于碳原子会产生p 型掺杂, 而价电子多于碳原子的会产生n 型掺杂. 石墨烯掺杂通常可以由XPS(X 射线光电子光谱)、ARPES(角分辨光电子能谱)、拉曼光谱、PES(光电子发射光谱)等谱学方法或FET(场效应晶体管)电性能测试等方法来表征. 其中,

石墨烯的能带调控及其应用的研究进展

石墨烯的能带调控及其应用的研究进展余超智;黎德龙;李伟平;张豫鹏;潘春旭【摘要】During the last decade,graphene has been extensively paid attentions,due to its extraordinary physi-cal properties,chemical tunability,and potential for various applications.However,graphene was an intrinsic semimetal with a zero bandgap,which considerably hampers its applications in many areas.Therefore,it was significantly important to study the band engineering of graphene,and transform graphene from metal into sem-iconductor with a sizable bandgap.In this paper,we present an overview of the research progress on graphene electronic structures and its bandgaps in recent years,and also explore the potential application areas of the semiconducting graphene.It was expect to provide fundamental references for the future applications and indus-trializations of graphene.%在过去的十多年时间里，石墨烯以其优异的物理性能、化学可调性以及潜在的应用前景引起了广泛关注。然而本征石墨烯是一种零带隙的半金属，这极大地限制了其在很多领域的应用。因此，石墨烯的能带调控并将其由金属性转变为半导体性的相关研究，具有极其重要的意义。综述了现阶段在石墨烯电子结构和能带调控方面的研究进展，并深入探讨了半导体性石墨烯的应用领域和前景，为石墨烯的应用和产业化提供借鉴。【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2014(000)012 【总页数】9页(P12033-12041)