發(fā)布時(shí)間：2021-08-31 09:30

　　石墨烯是一種由單層碳原子構(gòu)成的二維材料,其超高的電子遷移率、獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)、極低的能態(tài)密度和可調(diào)諧的載流子濃度等性質(zhì),使之成為了近年來光電探測特別是紅外探測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文以石墨烯-金異質(zhì)結(jié)為研究對象,實(shí)驗(yàn)制備了石墨烯-金平面異質(zhì)結(jié)器件并測試了其紅外探測性能,揭示了石墨烯-金異質(zhì)結(jié)的光電響應(yīng)特點(diǎn)和相關(guān)物理機(jī)制。論文首先運(yùn)用能帶理論對石墨烯和金構(gòu)成的平面異質(zhì)結(jié)的光電性質(zhì)進(jìn)行了分析,隨后設(shè)計(jì)并制備了基于石墨烯-金異質(zhì)結(jié)的可見光-紅外光電探測器件。此外,本文還運(yùn)用有限元電磁仿真工具Ansoft HFSS對“金屬-介質(zhì)-石墨烯-天線”等離子體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真,在實(shí)驗(yàn)和理論上研究了該結(jié)構(gòu)在中紅外波段的光吸收特性。論文的主要內(nèi)容和研究成果包括:（1）利用能帶理論分析了石墨烯-金異質(zhì)結(jié)獨(dú)特的能帶結(jié)構(gòu)和光電探測機(jī)制,并據(jù)此設(shè)計(jì)出一種梳狀金電極和單層石墨烯構(gòu)成的平面異質(zhì)結(jié)光伏探測器件。根據(jù)經(jīng)典能帶理論,構(gòu)建了石墨烯-金異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu),結(jié)果表明該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)可能會(huì)通過光伏效應(yīng)產(chǎn)生光電壓。（2）實(shí)驗(yàn)制備出石墨烯-金異質(zhì)結(jié)紅外探測器件樣品。主要的器件制備工藝包括石墨烯的制備與轉(zhuǎn)移、梳狀金電極的圖形化制備... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

石墨烯的原子結(jié)構(gòu)圖

第一章 緒 論質(zhì)量取決于能帶曲率，所以石墨烯中的載流子的有效質(zhì)量為零，這種載流子被稱作[6]狄拉克費(fèi)米子 ，表現(xiàn)出類似于光子的性質(zhì)。由于石墨烯中的載流子屬于費(fèi)米子，所以必然滿足Pauli不相容原理。因此，在發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電子吸收入射光子的能量后，不斷地從價(jià)帶被激發(fā)到導(dǎo)帶并填充相應(yīng)的能態(tài)，但隨著入射光強(qiáng)度的逐步增大，費(fèi)米面上所有能態(tài)都會(huì)被依次填充完畢，帶間躍遷被阻斷。此時(shí)，繼續(xù)增大光照強(qiáng)度將不會(huì)提高石墨烯的光吸收，也就是說，石墨烯 存在對光的可飽和吸收效應(yīng)。

現(xiàn)對光的約束和操控，增強(qiáng)了入射光子 和石墨烯之間的相互作用，從而顯著提高了響應(yīng)度。在國內(nèi)，北京大學(xué)的朱星教授課題組發(fā)表的一篇文獻(xiàn)提出了一種基于自組裝“七聚物”納米殼結(jié)構(gòu)的等離子體增強(qiáng) 石墨烯探測器件（圖1-3 (b)），將可見光到近紅外波段的光響應(yīng)提高了[10]7倍 。除等離子體增強(qiáng)機(jī)制外，近年來學(xué)術(shù)界還報(bào)道了通過引入法布里-珀羅微腔來增強(qiáng)吸收的微腔型石墨烯探測器[11]，將PbS量子點(diǎn)、鈣鈦礦量子點(diǎn)與石墨烯相結(jié)合的量子點(diǎn)混合型石墨烯探測器[12]等探測器，如圖1-3所示。從探測原理上講，上述幾種探測器都是通過增強(qiáng)石墨烯與光的相互作用來提高探測率的光導(dǎo)型場效應(yīng)管探測器。(a) (b)(c) (d)圖1-3 不同類型石墨烯探測器。(a)非對稱插指結(jié)構(gòu)石墨烯場效應(yīng)管探測器[8]；(b)自組裝“七聚物”金屬納米殼-石墨烯探測器[10]；(c)量子點(diǎn)混合石墨烯探測器[11]；(d)F-P諧振腔石墨烯探測器[12]除上述光電導(dǎo)型以外，石墨烯光電探測器的另一種常見模式是基于異質(zhì)結(jié)原

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3374658