【摘要】：新型二維材料的制備以及性能調(diào)控和器件應(yīng)用是當(dāng)今納米材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題,而石墨烯作為二維材料的代表,因為它優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì),在微電子與光電子器件上的研究一直受到廣泛關(guān)注。然而單一的二維材料擁有的缺點(diǎn)使得其在微電子、光電子器件中的應(yīng)用受到限制,因此二維材料復(fù)合體系是實現(xiàn)高效二維材料器件應(yīng)用的關(guān)鍵路徑。石墨烯的零帶隙影響了其在光電器件的應(yīng)用,但是利用石墨烯/三維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)具有淺結(jié)特性可以實現(xiàn)高效的發(fā)光二極管;石墨烯極大的熱導(dǎo)率限制了其在熱電器件的應(yīng)用,但是利用摻雜的石墨烯組裝膜可以實現(xiàn)高功率因子的熱電器件。同時石墨烯異質(zhì)體系在電子器件設(shè)計上有高度的靈活性,可以實現(xiàn)更多的器件結(jié)構(gòu)。基于此,本文針對石墨烯/三維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的淺結(jié)特性,引入隧穿機(jī)制,制備出了高外量子效率的石墨烯/氮化鋁鎵/氮化鎵雙色發(fā)光二極管;本文針對石墨烯費(fèi)米能級高度可調(diào),提出了氯化鐵插入摻雜的大面積石墨烯熱電膜。本論文的具體工作如下:(1)通過化學(xué)氣相淀積法和液相剝離法制備石墨烯,并利用微納工藝制備了石墨烯半導(dǎo)體異質(zhì)器件。(2)提出并研究了一種石墨烯/氮化鋁鎵/氮化鎵雙色發(fā)光二極管,系統(tǒng)研究了氮化鋁鎵引入的隧穿機(jī)理,以及表面生長的氧化鋁層的電子阻擋作用,大大提升的器件外量子效率。(3)采用液相剝離與組裝的方法制備石墨烯熱電膜,利用氯化鐵對石墨烯的摻雜,調(diào)節(jié)石墨烯的載流子濃度,進(jìn)而提高了塞貝克系數(shù)與電導(dǎo)率,從而提高功率因子。在室溫下功率因子高達(dá)8.4 μW cm-1 K-2。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN15;TQ127.11
【圖文】：

近年來基礎(chǔ)研究的完善，在理論研究基礎(chǔ)上，越來越多研究者開始對石墨烯在微逡逑電子與光電子器件上應(yīng)用進(jìn)行研究。逡逑石墨烯是一種只由碳原子構(gòu)成的單原子層厚度二維晶體，結(jié)構(gòu)如圖１．１所示。逡逑作為單層二維材料，石墨烯只有一個原子層的厚度，大約為0．３５ｎｍ。與石墨的逡逑結(jié)構(gòu)類似，石墨烯中碳原子通過ｓｐ２雜化軌道方式排列形成六角形蜂窩狀的晶胞逡逑［２］。根據(jù)緊束縛模型，可推導(dǎo)出石墨烯的色散關(guān)系［３］：逡逑ＴＪｉ邋￣＾邐７ａ￣ＴＪ３邋￣逡逑Ｅ（Ａ）：邋＝邋±／邋１邋＋邋４ｃｏｓ」々．ｔ邋ｃｏｓ邋＋邋４ｃｏｓ—邋—ｋｖ邋，邐（１－１）逡逑Ｖ邋Ｖ邋２邋Ｊ邋＇邋Ｊ邋＼２邋Ｊ逡逑其中，Ｅ為電子能量，；ｒ邋＝邋３．１邋ｅＦ為石墨烯的轉(zhuǎn)移能量，ａ為石墨烯碳－碳逡逑鍵搖長的？＞／！倍，基于公式１－１，可以算出石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)，如圖丨．２所示。可逡逑見在狄拉克點(diǎn)，石墨烯的導(dǎo)帶與價帶的頂點(diǎn)重合，所以石墨烯具有半金屬性。由逡逑于這種特殊能帶

近年來基礎(chǔ)研究的完善，在理論研究基礎(chǔ)上，越來越多研究者開始對石墨烯在微逡逑電子與光電子器件上應(yīng)用進(jìn)行研究。逡逑石墨烯是一種只由碳原子構(gòu)成的單原子層厚度二維晶體，結(jié)構(gòu)如圖１．１所示。逡逑作為單層二維材料，石墨烯只有一個原子層的厚度，大約為0．３５ｎｍ。與石墨的逡逑結(jié)構(gòu)類似，石墨烯中碳原子通過ｓｐ２雜化軌道方式排列形成六角形蜂窩狀的晶胞逡逑［２］。根據(jù)緊束縛模型，可推導(dǎo)出石墨烯的色散關(guān)系［３］：逡逑ＴＪｉ邋￣＾邐７ａ￣ＴＪ３邋￣逡逑Ｅ（Ａ）：邋＝邋±／邋１邋＋邋４ｃｏｓ」々．ｔ邋ｃｏｓ邋＋邋４ｃｏｓ—邋—ｋｖ邋，邐（１－１）逡逑Ｖ邋Ｖ邋２邋Ｊ邋＇邋Ｊ邋＼２邋Ｊ逡逑其中，Ｅ為電子能量，；ｒ邋＝邋３．１邋ｅＦ為石墨烯的轉(zhuǎn)移能量，ａ為石墨烯碳－碳逡逑鍵搖長的？＞／！倍，基于公式１－１，可以算出石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)，如圖丨．２所示�？慑义弦娫诘依它c(diǎn)，石墨烯的導(dǎo)帶與價帶的頂點(diǎn)重合，所以石墨烯具有半金屬性。由逡逑于這種特殊能帶

第一章緒論逡逑的可見光吸收率只有２．３％［１０］。石墨烯擁有線性能帶特性，其光學(xué)特性不會隨著逡逑層數(shù)的變化而改變，如圖１．３ａ所示，石墨烯厚度每增加一層，它對白光的吸收逡逑也就會逐漸增加［１１］。由于石墨烯半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的結(jié)區(qū)位于器件表面，可以運(yùn)用逡逑多種表面光場調(diào)控手段對器件的性能進(jìn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化。特別的，當(dāng)制作發(fā)光二極管逡逑器件時，擁有表面結(jié)區(qū)的石墨烯器件可以大幅減少光自吸收，實現(xiàn)高的量子效率。逡逑結(jié)合其導(dǎo)電性能等出眾性質(zhì)，石墨烯也可取代氧化銦錫等透明導(dǎo)電材料，應(yīng)用在逡逑光電探測器等光電器件領(lǐng)域［１２］。逡逑（ａ）邐？＃邋ｌ００ｒ邋ｔ邋ｎ逡逑ｗｈｉｔｅ邋ｌｉｇｈｔ邋，ｄｅａｌ逡逑？邋ｙ邋Ｄ，，—洽＝似逡逑％邋Ｗ邋２．３％邋０１邐？邐■邐Ｓ９８．／邐——Ｉ邋一邋卜Ｖ、逡逑內(nèi)．ｂｌ＿］邋Ｉ逡逑４００邐５００邐６００邐７００逡逑ｄｉｓｔａｎｃｅ邋（｜ｉｍ）邐ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋Ａ邋（ｎｍ）逡逑圖１．３邋（ａ）石墨烯的透光性隨層數(shù)變化，（ｂ）石墨烯的可見光透射率分別［１０］。逡逑除了以上提到的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)

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本文編號：2799233