石墨烯/硅納米孔柱陣列的制備與光電特性
發(fā)布時間：2020-12-22 22:33
石墨烯是由sp2雜化單層碳原子組成的二維蜂窩狀結構,具有大的比表面積、高的透光率、電子遷移率、激子束縛能和熱穩(wěn)定性,這使得石墨烯（graphene）在透明電極、場效應晶體管、光伏器件、氣敏傳感器等方面有巨大的應用潛力。但本征石墨烯具有零帶隙特性,不產(chǎn)生熒光,這極大的限制了它在光電器件中的應用,打開石墨烯的帶隙是其在半導體光電子器件領域應用的前提。石墨烯的光學性質由其對稱性決定,可以通過引入無序結構來改變,途徑之一就是通過調控sp2區(qū)域的尺寸來調控發(fā)光的波長。超大規(guī)模集成電路都是以Si材料作為基礎,而且下一代信息技術的一個重要發(fā)展方向就是硅基光子學,但作為間接帶隙半導體,Si發(fā)光效率較低,需要將光子器件或電子器件集成在Si芯片上,實現(xiàn)光電集成,縮短光電互聯(lián)的長度,提高信息處理速度。構筑graphene/Si器件,不僅可以實現(xiàn)硅摻雜石墨烯提高石墨烯的激子結合能,增強石墨烯室溫激子發(fā)光,還可以直接將器件集成到Si芯片上。但石墨烯與Si集成時存在晶格失配和熱失配,采用納米技術可以很好解決這個問題。本論文在Si納米孔柱陣列（Si nanoporous ...
【文章來源】：鄭州大學河南省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：139 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
石墨烯構成富勒烯、碳納米管和石墨的過程
第一章 緒論單個碳原子穩(wěn)定的電子組態(tài)是 2s22p2，最外層有四個價電子可以與其他原子鍵合。兩個碳原子鍵合，2s 軌道與 2p 耦合，結合成 sp3、sp2和 sp 三種電子組態(tài)，形成三種鍵合方式，即：碳碳單鍵，雙鍵及三鍵，如圖 1.2 所示。金剛石石墨和乙炔分別是其中代表性的材料[6]。
圖 1.3 石墨烯的能帶結構（a）和聲子結構色散關系（b）二、光學性質石墨烯的厚度只有 0.335nm，是目前發(fā)現(xiàn)的材料中最薄的。研究發(fā)現(xiàn)，烯的不透明度由精細結構常數(shù) α 定義: α= e2/ c≈1/137（其中 c 是光數(shù)描述了光和電子之間的耦合與量子電動力學相關，與材料科學無關。烯只有一個原子厚度，但是對白色入射光的吸收率可以達到 α=2.3%），這是由石墨烯獨特的電子結構形成的[11-13]，如圖 1.5 所示。微鏡下，由于光的干涉，石墨烯與 Si 和 SiO2對比度較大，并且隨著層，對比度增強，這一點經(jīng)常被利用來計算石墨烯的層數(shù)。除了在 250 紫外區(qū)出現(xiàn)一個較強的電子在 π-π*帶間躍遷形成的吸收峰外，單層石墨~2500 nm 波長范圍的光吸收率幾乎相同[6]。將石墨烯獨特的光學性質和相結合，在光電子器件方面應該會有巨大的應用潛力，例如在光探測器極、觸摸屏等方面應用。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Surface plasmon resonance and electrical properties of RF: magnetron sputtered carbon–nickel composite films at different annealing temperatures[J]. Vali Dalouji,S.Mohammad Elahi,Sirvan Naderi. Rare Metals. 2016(11)
[2]具有寬光譜響應的單根GaSb納米線基室溫光電探測器（英文）[J]. 羅濤,梁博,劉哲,謝旭明,婁正,沈國震. Science Bulletin. 2015(01)
[3]硅基光子集成研究進展[J]. 周培基,李智勇,俞育德,余金中. 物理學報. 2014(10)
[4]拉曼光譜在石墨烯結構表征中的應用[J]. 吳娟霞,徐華,張錦. 化學學報. 2014(03)
[5]多孔硅的晶態(tài)結構與表征方法[J]. 呂京美,程璇. 化學進展. 2009(09)
[6]一種圖案化鎳/硅納米復合體系的制備[J]. 張煥云,姜衛(wèi)粉,李新建. 科學技術與工程. 2007(12)
[7]一種自支撐金納米薄膜的制備、結構和氮吸附特性[J]. 富笑男,李新建. 物理學報. 2005(11)
[8]硅納米孔柱陣列及其表面銅沉積[J]. 富笑男,柴花斗,李新建. 科學通報. 2005(16)
博士論文
[1]氮化鎵/硅納米孔柱陣列異質結構界面調控及其電致發(fā)光特性研究[D]. 王小波.鄭州大學 2015
[2]碳基熒光材料的制備、發(fā)光機理及水相應用[D]. 朱守俊.吉林大學 2014
[3]石墨烯及石墨烯基銅/碳核殼結構材料的制備和場發(fā)射性能的研究[D]. 王淑敏.吉林大學 2013
碩士論文
[1]硅納米孔柱陣列及其硫化鎘納米復合體系的光學特性研究[D]. 許海軍.鄭州大學 2005
[2]硅基發(fā)光材料的光致發(fā)光和電致發(fā)光研究[D]. 葉春暖.蘇州大學 2002
本文編號：2932554
【文章來源】：鄭州大學河南省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：139 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
石墨烯構成富勒烯、碳納米管和石墨的過程
第一章 緒論單個碳原子穩(wěn)定的電子組態(tài)是 2s22p2，最外層有四個價電子可以與其他原子鍵合。兩個碳原子鍵合，2s 軌道與 2p 耦合，結合成 sp3、sp2和 sp 三種電子組態(tài)，形成三種鍵合方式，即：碳碳單鍵，雙鍵及三鍵，如圖 1.2 所示。金剛石石墨和乙炔分別是其中代表性的材料[6]。
圖 1.3 石墨烯的能帶結構（a）和聲子結構色散關系（b）二、光學性質石墨烯的厚度只有 0.335nm，是目前發(fā)現(xiàn)的材料中最薄的。研究發(fā)現(xiàn)，烯的不透明度由精細結構常數(shù) α 定義: α= e2/ c≈1/137（其中 c 是光數(shù)描述了光和電子之間的耦合與量子電動力學相關，與材料科學無關。烯只有一個原子厚度，但是對白色入射光的吸收率可以達到 α=2.3%），這是由石墨烯獨特的電子結構形成的[11-13]，如圖 1.5 所示。微鏡下，由于光的干涉，石墨烯與 Si 和 SiO2對比度較大，并且隨著層，對比度增強，這一點經(jīng)常被利用來計算石墨烯的層數(shù)。除了在 250 紫外區(qū)出現(xiàn)一個較強的電子在 π-π*帶間躍遷形成的吸收峰外，單層石墨~2500 nm 波長范圍的光吸收率幾乎相同[6]。將石墨烯獨特的光學性質和相結合，在光電子器件方面應該會有巨大的應用潛力，例如在光探測器極、觸摸屏等方面應用。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Surface plasmon resonance and electrical properties of RF: magnetron sputtered carbon–nickel composite films at different annealing temperatures[J]. Vali Dalouji,S.Mohammad Elahi,Sirvan Naderi. Rare Metals. 2016(11)
[2]具有寬光譜響應的單根GaSb納米線基室溫光電探測器（英文）[J]. 羅濤,梁博,劉哲,謝旭明,婁正,沈國震. Science Bulletin. 2015(01)
[3]硅基光子集成研究進展[J]. 周培基,李智勇,俞育德,余金中. 物理學報. 2014(10)
[4]拉曼光譜在石墨烯結構表征中的應用[J]. 吳娟霞,徐華,張錦. 化學學報. 2014(03)
[5]多孔硅的晶態(tài)結構與表征方法[J]. 呂京美,程璇. 化學進展. 2009(09)
[6]一種圖案化鎳/硅納米復合體系的制備[J]. 張煥云,姜衛(wèi)粉,李新建. 科學技術與工程. 2007(12)
[7]一種自支撐金納米薄膜的制備、結構和氮吸附特性[J]. 富笑男,李新建. 物理學報. 2005(11)
[8]硅納米孔柱陣列及其表面銅沉積[J]. 富笑男,柴花斗,李新建. 科學通報. 2005(16)
博士論文
[1]氮化鎵/硅納米孔柱陣列異質結構界面調控及其電致發(fā)光特性研究[D]. 王小波.鄭州大學 2015
[2]碳基熒光材料的制備、發(fā)光機理及水相應用[D]. 朱守俊.吉林大學 2014
[3]石墨烯及石墨烯基銅/碳核殼結構材料的制備和場發(fā)射性能的研究[D]. 王淑敏.吉林大學 2013
碩士論文
[1]硅納米孔柱陣列及其硫化鎘納米復合體系的光學特性研究[D]. 許海軍.鄭州大學 2005
[2]硅基發(fā)光材料的光致發(fā)光和電致發(fā)光研究[D]. 葉春暖.蘇州大學 2002
本文編號：2932554
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2932554.html
教材專著
