隨著半導(dǎo)體技術(shù)、產(chǎn)業(yè)的日益進(jìn)步,基于新能源、海量信號(hào)處理的重要需求,人們對(duì)半導(dǎo)體的光電性能提出了新的要求。硅材料作為半導(dǎo)體領(lǐng)域的核心材料,研究者對(duì)其光電性能尤為關(guān)切。囿于本征硅的間接帶隙結(jié)構(gòu),硅本身的光電轉(zhuǎn)換能力并不優(yōu)秀。作為二維材料的典型代表,石墨烯在電學(xué)和光學(xué)方面都有著相當(dāng)特別的性能,而且石墨烯-硅光電器件的制備工藝成本非常低,因此硅基石墨烯光電器件的制備和性能優(yōu)化成為目前國(guó)際研究的前沿領(lǐng)域,引起廣泛重視。本論文研究硅基石墨烯的制備、光電器件構(gòu)造和性能,利用原位生長(zhǎng)技術(shù)制備了硅基石墨烯,設(shè)計(jì)了硅基石墨烯新的器件結(jié)構(gòu)。具體創(chuàng)新性結(jié)果如下:（一）利用化學(xué)氣相沉積法在單晶硅表面成功直接制備了石墨烯量子點(diǎn)。借助與銅對(duì)甲烷的催化裂解效果,在高溫下（約800攝氏度）利用揮發(fā)出的銅蒸汽,在硅片表面沉積制備出石墨烯組織。經(jīng)過(guò)拉曼和X光電子能譜（XPS）的表征,確認(rèn)生長(zhǎng)的材料是不含有機(jī)基團(tuán)的石墨烯量子點(diǎn)。進(jìn)一步對(duì)材料進(jìn)行光學(xué)表征,發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)的石墨烯量子點(diǎn)具有光致發(fā)光的特性,且發(fā)光峰位不隨量子點(diǎn)尺寸或者測(cè)試溫度變化而移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn):石墨烯在硅襯底的生長(zhǎng)具有一定的自限制情況,石墨烯在硅襯底上的覆蓋率難... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖２．２使用石墨烯作為吸收層制作的光探測(cè)器ｉｍ，圖中展示了（ａ）器件能帶結(jié)構(gòu)圖，（ｂ）器件??結(jié)構(gòu)示意圖，以及（Ｃ）器件在不同頻率下的響應(yīng)??Ｆｉｇ．?２．２?Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ?ｕｓｉｎｇ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ａｓ?ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌ，?（ａ）?Ｅｎｅｒｇｙ?ｂａｎｄ?ｄｉａｇｒａｍ，?（ｂ）??

Ｇａｔｅ??丄Ｌｉｇｈｔ?ｉｎ’??圖２．２使用石墨烯作為吸收層制作的光探測(cè)器ｉｍ，圖中展示了（ａ）器件能帶結(jié)構(gòu)圖，（ｂ）器件??結(jié)構(gòu)示意圖，以及（Ｃ）器件在不同頻率下的響應(yīng)??Ｆｉｇ．?２．２?Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ?ｕｓｉｎｇ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ａｓ?ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌ，?（ａ）?Ｅｎｅｒｇｙ?ｂａｎｄ?ｄｉａｇｒａｍ，?（ｂ）??ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ａｎｄ?（ｃ）?ｒｅｓｐｏｎｓｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｅｔｅｃｔｏｒ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｉｇｎａｌ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ?ａｒｅ??ｅｘｉｈｉｂｉｔｅｄ??２．３石墨烯制備方法??因?yàn)槭┚哂腥绱颂貏e的性能，如何大批量而又高質(zhì)量的制備就成了一個(gè)??關(guān)鍵的研究熱點(diǎn)。不同于一般的材料，二維材料的性質(zhì)隨著層數(shù)的變化有著較為??明顯的變化，因此制備時(shí)如何均勻的控制生長(zhǎng)的層數(shù)，就成了制備方法發(fā)展的難??點(diǎn)。到目前為止，石墨烯制備常用的方法主要有機(jī)械剝離法、化學(xué)合成法和化學(xué)??汽相沉積法。本節(jié)將逐一簡(jiǎn)要介紹這些合成方法的發(fā)展以及各自的特點(diǎn)。??２．３．１機(jī)械剝離法??談及二維材料，最初的結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果認(rèn)為單層原子構(gòu)成的二維材料在熱力學(xué)??的影響下

往往需要將石墨烯覆蓋到另一個(gè)材料表面。因此，研究者將目光投向了常??用的成膜技術(shù)。李雪松等在２００９年的時(shí)候首次提出了在銅襯底上使用化學(xué)氣相??沉積法制備大規(guī)模、均勻的單層石墨烯［２１］（圖２．５）。后續(xù)研究者發(fā)現(xiàn)，很多其他??的過(guò)渡金屬，如鎳、鈷、釕等［２２＿２４］，都可以用于作為化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)石墨烯??的催化襯底。因?yàn)檫@種生長(zhǎng)方法重復(fù)性良好，對(duì)襯底要求不高，生長(zhǎng)面積大、質(zhì)??量高，化學(xué)氣相沉積已經(jīng)基本成為石墨烯生產(chǎn)的通用方法。??．ｔ?Ｗｒｉｎｋｌｅ??１０Ｑ?ｍ?５＿????ｉ??Ｃ?Ｄ??ｌＵ＾．＾ＷＷｍｗ＾?ｇｌａｓｓ??１ｍｍ?１?＼Ｃ�。螅�??１?ｃｍ??Ｇｒａｐｈｅｎｅ?９?ｒａ?ｐ?ｈ?ｅ?ｎ?ｅ??，－，￣?—?，?ＳｉＱ２??圖２．５?（ａＨｂ）銅基石墨烯的掃描電鏡圖片，從中可以看到石墨烯跨銅襯底的晶界以及軋痕進(jìn)行單??層生長(zhǎng)，（ｃＨｄ）為銅基石墨烯轉(zhuǎn)移到氧化硅、坡璃襯底上的祥品照片［２１］??Ｆｉｇ．?２．５?（ａ）－（ｂ）?ｓｈｏｗ?ｔｈｅ?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ?ｏｎ?ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ?ｃｏｐｐｅｒ?ｆｏｉｌ


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