本文關(guān)鍵詞：石墨烯光電探測器件的制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：自2004年,英國科學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖羅夫采用微機械剝離法首次從高定向熱解石墨中剝離出單層石墨烯以來,因其優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)性能,立即在材料科學(xué)、半導(dǎo)體電子器件等領(lǐng)域掀起了極大的研究熱情。石墨烯具有超高的載流子遷移率以及優(yōu)異的機械性能和導(dǎo)熱性能,單層石墨烯的透光率高達97.7%,能夠?qū)梢姽獾教掌澆ǘ蔚墓庾V范圍進行吸收。故石墨烯材料在非制冷、寬光譜、高響應(yīng)度以及超快光電探測方面具有廣闊的應(yīng)用前景。因此,文章對石墨烯場效應(yīng)結(jié)構(gòu)光電探測器件的制備及性能進行了研究。論文采用化學(xué)氣相沉積法在銅箔上獲得了單層的高質(zhì)量石墨烯薄膜,并使用過硫酸銨將石墨烯無損轉(zhuǎn)移到SiO_2/Si襯底上用于器件制備。通過掃描電子顯微鏡、拉曼光譜以及四探針等對石墨烯薄膜的形貌、厚度和方阻等進行了表征。其次,對器件制備的關(guān)鍵工藝進行了深入研究,完成了石墨烯光電探測器件的制備。優(yōu)化研究了石墨烯圖形化、光刻膠選擇、金屬電極的蒸鍍與剝離以及退火等工藝。再次,應(yīng)用Keithley 4200-SCS型半導(dǎo)體性能測試設(shè)備和635nm的激光光源對石墨烯光電探測器件的光電性能進行了測試分析,獲得了常規(guī)雙極型曲線,并對影響石墨烯電學(xué)特性的因素,如二氧化硅襯底材料、薄膜材料表面摻雜情況以及金屬/石墨烯的接觸等進行了分析。同時,也對石墨烯的光學(xué)性質(zhì)、光電流產(chǎn)生方式以及光學(xué)性能進行了簡單分析與研究。此外,對石墨烯/硅基肖特基結(jié)光電探測器件的制備及性能進行了研究,主要介紹了石墨烯/硅基異質(zhì)結(jié)光電探測器件的制備、器件的工作原理以及器件的性能,得到了器件在有無光照下的I-V曲線和器件在有無光照情況下明暗電流的比值,以及器件在低溫下的電流變化情況。文章為石墨烯光電探測器件的進一步研究提供了可靠的工藝參考,為后續(xù)研究高性能、多樣化的光電器件奠定了實驗基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 光電探測器件 化學(xué)氣相沉積 關(guān)鍵工藝 場效應(yīng)結(jié)構(gòu) 肖特基結(jié) 光電性能
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN15
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 引言10-26
• 1.1 石墨烯光電探測器的概述11-21
• 1.1.1 石墨烯的發(fā)現(xiàn)11
• 1.1.2 石墨烯的形態(tài)結(jié)構(gòu)11-12
• 1.1.3 石墨烯的性能簡介12-15
• 1.1.4 石墨烯的制備方法15-17
• 1.1.5 石墨烯光電探測器的概述17-18
• 1.1.6 石墨烯光電探測器的器件結(jié)構(gòu)18-20
• 1.1.7 石墨烯光電探測器的工作原理20-21
• 1.2 石墨烯光電探測器的應(yīng)用前景與研究現(xiàn)狀21-22
• 1.2.1 石墨烯光電探測器的應(yīng)用前景21
• 1.2.2 石墨烯光電探測器的研究現(xiàn)狀21-22
• 1.3 光電探測器的噪聲和品質(zhì)因數(shù)22-23
• 1.3.1 光電探測器件的噪聲22-23
• 1.3.2 光電探測器件的品質(zhì)因數(shù)23
• 1.4 本論文研究目標與內(nèi)容23-26
• 1.4.1 論文研究目標23
• 1.4.2 論文研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排23-26
• 2 石墨烯薄膜的CVD法制備與結(jié)構(gòu)表征26-40
• 2.1 實驗所需設(shè)備與材料26-27
• 2.1.1 實驗所需設(shè)備26
• 2.1.2 實驗所需材料26-27
• 2.2 石墨烯薄膜的制備及轉(zhuǎn)移27-31
• 2.2.1 石墨烯薄膜的CVD生長工藝研究27-29
• 2.2.2 石墨烯的轉(zhuǎn)移29-31
• 2.3 石墨烯薄膜的表征31-39
• 2.3.1 光學(xué)顯微鏡分析32
• 2.3.2 原子力顯微表征32-33
• 2.3.3 掃描電子顯微鏡表征33-35
• 2.3.4 拉曼光譜表征35-36
• 2.3.5 方阻表征36-38
• 2.3.6 透過率表征38-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 3 石墨烯場效應(yīng)結(jié)構(gòu)光電探測器件制備的工藝研究40-50
• 3.1 光刻工藝及正膠的選擇40-42
• 3.2 石墨烯薄膜的圖形化工藝42-43
• 3.3 石墨烯與金屬的接觸工藝研究43
• 3.4 金屬蒸發(fā)剝離工藝研究43-45
• 3.5 退火對器件性能的影響45
• 3.6 石墨烯場效應(yīng)結(jié)構(gòu)光電探測器的制備45-48
• 3.7 本章小結(jié)48-50
• 4 石墨烯場效應(yīng)結(jié)構(gòu)光電探測器件的電學(xué)與光學(xué)特性研究50-62
• 4.1 硅基石墨烯場效應(yīng)結(jié)構(gòu)光電探測器的制備與工作原理50-51
• 4.2 測試設(shè)備和測試條件51-52
• 4.3 石墨烯場效應(yīng)結(jié)構(gòu)光電探測器件的電學(xué)性能研究52-58
• 4.3.1 石墨烯的電阻特性52-53
• 4.3.2 雙極型轉(zhuǎn)移特性曲線53-56
• 4.3.3 雙極型電學(xué)特性的機理分析56-58
• 4.4 石墨烯場效應(yīng)結(jié)構(gòu)光電探測器件的光學(xué)特性研究58-61
• 4.4.1 石墨烯的光學(xué)性質(zhì)58-59
• 4.4.2 石墨烯中光電流的產(chǎn)生方式59
• 4.4.3 器件的電學(xué)特性測試59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 5 石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)光電探測器件的制備及性能研究62-68
• 5.1 異質(zhì)結(jié)光電探測器件的制備與所需測試設(shè)備62-64
• 5.1.1 所需測試設(shè)備62
• 5.1.2 石墨烯/硅基異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)光電探測器件的制備62-64
• 5.2 石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)光電探測器件結(jié)構(gòu)64
• 5.3 石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)光電探測器件的工作原理64-65
• 5.4 石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)光電探測器件的性能測試65-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 6 總結(jié)與展望68-71
• 6.1 論文工作總結(jié)68-69
• 6.2 論文研究工作主要創(chuàng)新點69
• 6.3 未來研究工作的展望69-71
• 致謝71-73
• 參考文獻73-79
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的研究成果79-80

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本文編號：353382