本文關(guān)鍵詞：基于化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)石墨烯的光電探測(cè)器

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【摘要】：無(wú)論對(duì)于電子器件還是光電器件來(lái)說(shuō),石墨烯都是很有前景的一種材料。零帶隙的結(jié)構(gòu),使石墨烯可以在很寬的能量頻譜范圍內(nèi)(如紫外光、可見光、紅外光甚至太赫茲)吸收光。石墨烯還具有極高的載流子遷移率,可以用于制備超快探的光電器件�，F(xiàn)有的石墨烯光電探測(cè)器大多采用機(jī)械剝離石墨的方法獲得石墨烯,不利于批量生產(chǎn)和應(yīng)用。響應(yīng)度也比較低,因而在測(cè)試中使用聚焦激光束。本文采用的是金屬催化CVD生長(zhǎng)的石墨烯,利用場(chǎng)效應(yīng)背柵結(jié)構(gòu)制備了石墨烯紅外光電探測(cè)器。研究了器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備工藝和測(cè)試及器件響應(yīng)機(jī)理。器件有較高的響應(yīng)度,在非聚焦紅外激光和可見光下有明顯的光響應(yīng)。本文主要的研究?jī)?nèi)容如下:(1)探測(cè)器所用石墨烯由金屬催化CVD生長(zhǎng),針對(duì)生長(zhǎng)過(guò)程中所使用的不同催化劑金屬,研究了轉(zhuǎn)移工藝的多個(gè)環(huán)節(jié),如涂膠、烘烤、腐蝕和清洗。解決了石墨烯破損和污染所帶來(lái)的狄拉克點(diǎn)移動(dòng)、遷移率變化等問(wèn)題,得到了合適的轉(zhuǎn)移石墨烯工藝,并用場(chǎng)效應(yīng)和拉曼測(cè)試的方法檢驗(yàn)轉(zhuǎn)移石墨烯的質(zhì)量。(2)設(shè)計(jì)了場(chǎng)效應(yīng)背柵結(jié)構(gòu)的石墨烯光電探測(cè)器,確定了探測(cè)器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù),如柵氧化層厚度,各電極間距,電極與石墨烯接觸的大小。研究了石墨烯受光部分形狀對(duì)探測(cè)性能的影響,雖然石墨烯長(zhǎng)寬比較大的器件響應(yīng)時(shí)間快、光電流與暗電流的比值也較大,但工藝難度更大,經(jīng)實(shí)驗(yàn)最終確定了合適的尺寸。(3)研究了提高器件可靠性的方法。因電極臺(tái)階過(guò)高,可能對(duì)石墨烯薄膜造成斷裂或破損等問(wèn)題。為此提出了一種平面電極的制作方法,有效地克服了這一問(wèn)題。(4)研究了器件的光電響應(yīng)。選用790nm紅外激光和白光作為測(cè)試光源,發(fā)現(xiàn)只有在施加源、漏偏置時(shí),才有明顯的光電響應(yīng),光電流與偏置成正比。通過(guò)理論分析與計(jì)算,認(rèn)為光電流產(chǎn)生的機(jī)理主要是光電導(dǎo)效應(yīng)和熱輻射效應(yīng)同時(shí)在起作用。響應(yīng)大小與背柵壓有關(guān),不同柵壓下,起主導(dǎo)作用的機(jī)理不同。在正柵壓15V以上時(shí),光電流為正值,此時(shí)光電導(dǎo)起主要作用。而正柵壓在15V以下及負(fù)柵壓時(shí),光電流為負(fù)值,此時(shí)熱輻射效應(yīng)起主要作用。在正柵電壓使石墨烯的費(fèi)米能級(jí)處于達(dá)狄拉克點(diǎn)時(shí),光電流信號(hào)為正向最大值。在790nm的紅外激光功率密度為500mW/cm2,光源距離器件1cm條件下,正向光電流為最大值9.23μA,計(jì)算得到器件的響應(yīng)度為104mA/W。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 CVD 光電探測(cè)器
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN15
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 石墨烯簡(jiǎn)介10-12
• 1.1.1 石墨烯的發(fā)現(xiàn)10
• 1.1.2 石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)10-11
• 1.1.3 石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)11
• 1.1.4 石墨烯的性質(zhì)11-12
• 1.2 石墨烯的制備方法12-13
• 1.2.1 機(jī)械剝離法12
• 1.2.2 氧化還原法12
• 1.2.3 碳化硅外延法12-13
• 1.2.4 化學(xué)氣相沉積法13
• 1.3 石墨烯的表征13-15
• 1.3.1 光學(xué)顯微鏡13-14
• 1.3.2 拉曼光譜14
• 1.3.3 原子力顯微鏡14-15
• 1.4 石墨烯光電探測(cè)器的研究現(xiàn)狀15-21
• 1.4.1 光伏效應(yīng)15-17
• 1.4.2 光熱電效應(yīng)17-19
• 1.4.3 熱輻射效應(yīng)19-21
• 1.5 論文內(nèi)容安排及主要工作21-24
• 第2章 CVD法生長(zhǎng)的石墨烯與轉(zhuǎn)移24-32
• 2.1 CVD法生長(zhǎng)的石墨烯原理24-27
• 2.1.1 在鎳（Ni）表面生長(zhǎng)石墨烯24-25
• 2.1.2 在銅（Cu）表面生長(zhǎng)石墨烯25-26
• 2.1.3 兩種生長(zhǎng)機(jī)制的比較26-27
• 2.2 石墨烯的轉(zhuǎn)移27-30
• 2.2.1 腐蝕基底法轉(zhuǎn)移27-29
• 2.2.2 鼓泡法轉(zhuǎn)移29-30
• 2.3 本章小結(jié)30-32
• 第3章 石墨烯光電探測(cè)器的工藝研究32-42
• 3.1 主要工藝的介紹32-36
• 3.2 器件尺寸的設(shè)計(jì)36-37
• 3.3 器件的工藝流程37-39
• 3.4 器件制作過(guò)程中的注意事項(xiàng)39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 第4章 石墨烯光電探測(cè)器的測(cè)試與分析42-52
• 4.1 石墨烯的場(chǎng)效應(yīng)測(cè)試42-44
• 4.2 石墨烯光電探測(cè)器的測(cè)試44-46
• 4.3 分析與討論46-50
• 4.4 本章小結(jié)50-52
• 結(jié)論52-54
• 參考文獻(xiàn)54-58
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文58-60
• 致謝60

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