Mar. 13, 2024
等離子體(plasma),又被稱為“電漿”,或者“超氣態”,是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產生的正負電子組成的離子化氣體狀物質,是除去固、液、氣外,物質存在的第四態。
等離子體刻蝕是去除表面物質的一種重要手段,它是現代半導體加工技術中不可缺少的工藝過程。等離子體刻蝕過程同時兼有物理和化學兩種機理,其原理是對刻蝕氣體放電,利用等離子體中的自由基團去轟擊或濺射被刻蝕材料的表面分子,或利用具有化學活性的基團與刻蝕材料中的物質反應形成易揮發物質,以達到刻蝕的目的。等離子體刻蝕法具有刻蝕速率快、刻蝕均勻性好、刻蝕殘留物少等優點。
石墨烯作為一種電學性能優異的電子材料,它的載流子密度可以通過外加電壓控制,其載流子遷移率比硅材料高兩個數量級。石墨烯納電子器件的發展非常迅速。機械剝離或化學氣相沉積制備的石墨烯樣品,層數和形狀不統一,需要對它們進行圖形化。
石墨烯的改性和修飾有眾多種方法,包括:氧化還原、化學鍵的功能化、金屬離子的參雜和等離子刻蝕等,在這其中,等離子的刻蝕是其中非常有效,同樣也是其中很常見逐漸被很多學者所采用的一種修飾的方法。
在氧等離子體轟擊石墨烯的過程中,基本的反應就是,氧等離子和石墨烯中的表層C原子發生氧化反應,不論是生成了CO2或者CO,在等離子設備的反應腔內,是屬于一種真空狀態,所以反應的氣體就會被抽離真空反應腔,而逝去C原子的石墨烯就會發生很多結構和性能上的變化。然而在氧等離子刻蝕石墨烯的過程中不僅僅只有基本的C和氧等離子的反應,氧原子可能會替代C原子,也有可能會擊穿石墨烯層。
氧等離子體刻蝕已成為目前圖形化石墨烯的主要方法,利用氧等離子體轟擊石墨烯,使石墨烯中的碳-碳鍵斷裂,碳原子與氧原子反應生成一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)氣體,實現對石墨烯的刻蝕,氧等離子刻蝕石墨烯會使得上層石墨烯的缺陷擴大,邊界分離,粗糙度降低,還在一定程度上會給頂層的石墨烯引入新的缺陷,這些結構變化會對石墨烯的其他性能產生一定程度的影響。
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