光是信息的重要載體,光電探測器是目前光信息反饋應(yīng)用中最為廣泛的電子器件之一。納米科技的發(fā)展為突破光電探測器中傳統(tǒng)材料的瓶頸提供了新手段,而近年來石墨烯的出現(xiàn)更為光電探測材料注入了新的活力。然而,現(xiàn)有光電探測材料仍面臨性能調(diào)控方式有限、資源稀缺等諸多問題。本文采用化學(xué)氣相沉積法和氧化還原法制備了多層石墨烯薄膜和還原氧化石墨烯薄膜,與硅組裝異質(zhì)結(jié)光電探測器。當(dāng)入射光照射到石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)上時(shí),硅價(jià)帶中的電子吸收光子能量躍遷到導(dǎo)帶中產(chǎn)生電子-空穴對(duì),被內(nèi)建電場分離并導(dǎo)出至外電路后形成光電流以實(shí)現(xiàn)光探測。通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)、性能優(yōu)化和機(jī)制研究,顯著提升了器件的光電探測性能。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了還原氧化石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)光電探測器,具有工藝簡單、易于調(diào)控、可批量生產(chǎn)的優(yōu)勢,且性能位于同類器件前列,較好地解決了目前石墨烯/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)器件性能受限、制備效率低等問題。首先從異質(zhì)結(jié)界面工程的角度,通過在石墨烯與硅之間的界面引入厚度可控的氧化層使器件的暗電流下降了兩個(gè)量級(jí)以上,探測性能大為提升,開關(guān)比、探測度等性能與同類器件相比具有明顯優(yōu)勢。對(duì)帶有界面氧化層的器件模型和光電探測性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究,發(fā)現(xiàn)帶有界面氧化層的器... 

【文章來源】：清華大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 光電探測器
        1.1.1 光電探測器的原理及分類
        1.1.2 光電探測器的應(yīng)用
        1.1.3 用于光電探測的半導(dǎo)體材料
    1.2 納米材料在光電探測器中的應(yīng)用
        1.2.1 量子點(diǎn)在光電探測器中的應(yīng)用
        1.2.2 半導(dǎo)體納米線在光電探測器中的應(yīng)用
        1.2.3 碳納米管在光電探測器中的應(yīng)用
    1.3 石墨烯在光電探測器中的應(yīng)用
        1.3.1 石墨烯簡介
        1.3.2 石墨烯在光電探測器中的應(yīng)用
    1.4 問題的提出
    1.5 研究內(nèi)容與技術(shù)路線
第2章 實(shí)驗(yàn)方法
    2.1 化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯
        2.1.1 石墨烯的制備及轉(zhuǎn)移
        2.1.2 石墨烯的表征
    2.2 器件模型及原理
        2.2.1 器件模型
        2.2.2 能帶結(jié)構(gòu)及工作原理
    2.3 光電探測器的性能指標(biāo)
    2.4 主要檢測手段及儀器設(shè)備
    2.5 本章小結(jié)
第3章 界面氧化層改進(jìn)石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)光電探測器
    3.1 界面氧化層的引入
        3.1.1 界面氧化層的作用
        3.1.2 界面氧化層的厚度
    3.2 制備方法
    3.3 器件模型分析
    3.4 性能分析
        3.4.1 界面氧化層對(duì)探測器性能的改善
        3.4.2 光譜響應(yīng)特性
        3.4.3 光強(qiáng)響應(yīng)特性
        3.4.4 偏壓及環(huán)境氣氛對(duì)光電響應(yīng)特性的影響
        3.4.5 光響應(yīng)隨入射光角度的變化
        3.4.6 光電響應(yīng)的穩(wěn)定性
        3.4.7 性能對(duì)比
    3.5 本章小結(jié)
第4章 二氧化鈦納米粒子增強(qiáng)石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)紫外探測
    4.1 二氧化鈦的引入
        4.1.1 問題的提出
        4.1.2 材料的選擇
    4.2 制備方法
        4.2.1 二氧化鈦納米粒子的制備
        4.2.2 器件的組裝
    4.3 二氧化鈦納米粒子對(duì)器件紫外探測性能的影響
        4.3.1 光電轉(zhuǎn)換性能的改善
        4.3.2 光電響應(yīng)特性的改善
        4.3.3 量子效率的改善
    4.4 能帶結(jié)構(gòu)及機(jī)制分析
    4.5 二氧化鈦層厚度的影響
    4.6 其它探測性能
        4.6.1 響應(yīng)時(shí)間與回復(fù)時(shí)間
        4.6.2 光電響應(yīng)的穩(wěn)定性
    4.7 本章小結(jié)
第5章 還原氧化石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)光電探測器
    5.1 還原氧化石墨烯的引入
        5.1.1 問題的提出
        5.1.2 從氧化石墨烯到還原氧化石墨烯
    5.2 制備方法
    5.3 還原溫度的選擇
        5.3.1 還原溫度對(duì)還原氧化石墨烯薄膜性質(zhì)的影響
        5.3.2 還原溫度對(duì)器件性能的影響
        5.3.3 性能對(duì)比
    5.4 器件在不同工作條件下的性能
        5.4.1 空氣和真空中的性能
        5.4.2 不同工作溫度下的性能
    5.5 還原氧化石墨烯 /硅異質(zhì)結(jié)的結(jié)特性研究
    5.6 還原氧化石墨烯 /硅異質(zhì)結(jié)的 1/f噪聲特性研究
        5.6.1 空氣和真中的 1/f噪聲
        5.6.2 不同入射光功率下的 1/f噪聲
        5.6.3 不同溫度下的 1/f噪聲
    5.7 還原氧化石墨烯 /硅光電探測器在氣體識(shí)別中的應(yīng)用
        5.7.1 官能化石墨烯在分子識(shí)別中的應(yīng)用
        5.7.2 伏安特性在不同氣體中的變化
        5.7.3 電流響應(yīng)在不同氣體中的變化
        5.7.4 電流響應(yīng)隨氣體流量的變化
        5.7.5 電流響應(yīng)隨氣體濃度的變化
        5.7.6 電流響應(yīng)隨時(shí)間和偏壓的變化
    5.8 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
個(gè)人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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