【摘要】：石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、機(jī)械等特性,被視為新型材料的突破口;GaN基材料具有直接寬禁帶、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、高功率等性質(zhì),已經(jīng)成為“繼硅之后最重要的半導(dǎo)體材料”。如何將石墨烯與GaN基寬禁帶半導(dǎo)體材料相結(jié)合,發(fā)揮兩種材料體系的優(yōu)勢(shì),將為光電子、微電子器件的發(fā)展帶來(lái)新的契機(jī)。目前,關(guān)于石墨烯與GaN基材料相結(jié)合的研究處于起步階段,雖然已有報(bào)道利用石墨烯做電極來(lái)提高GaN基LED的發(fā)光效率,但是,在石墨烯與GaN相結(jié)合方面,仍存在諸多需要解決的問(wèn)題,例如目前,通常利用轉(zhuǎn)移的方式,將生長(zhǎng)在Cu襯底上的石墨烯轉(zhuǎn)移到GaN基材料上,操作困難且石墨烯的尺寸與轉(zhuǎn)移位置精度難以控制,如何實(shí)現(xiàn)操作簡(jiǎn)單、精度可控的石墨烯與GaN接觸尚有待解決。此外,如何實(shí)現(xiàn)石墨烯與GaN材料形成不同的接觸類(lèi)型,即如何形成Graphene/GaN肖特基接觸,如何形成Graphene/GaN歐姆接觸,其內(nèi)在控制機(jī)理尚沒(méi)有被闡明。本論文以“石墨烯與GaN基材料的接觸”為主要研究?jī)?nèi)容,重點(diǎn)研究了石墨烯與GaN基材料之間的接觸行為,獲得了操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性好的石墨烯/GaN形成良好接觸的工藝方法,闡明了影響石墨烯/GaN接觸類(lèi)型的物理機(jī)理,并在此基礎(chǔ)上,成功研制了石墨烯/GaN紫外-近紅外雙色探測(cè)器,為石墨烯/GaN基材料相結(jié)合的光電子器件和微電子器件的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。本課題主要研究的內(nèi)容如下:1)石墨烯與GaN材料的接觸工藝研究,重點(diǎn)研究如何實(shí)現(xiàn)工藝簡(jiǎn)單、石墨烯尺寸可控、重復(fù)性高的石墨烯/GaN接觸;2)石墨烯與GaN材料接觸的物理機(jī)理研究,重點(diǎn)研究影響石墨烯/GaN接觸類(lèi)型的機(jī)理,研究形成歐姆或肖特基接觸的條件;3)石墨烯與GaN接觸的光學(xué)、電學(xué)性能的研究,并成功研制石墨烯/GaN紫外-近紅外探測(cè)器本論文的創(chuàng)新點(diǎn)如下:1)首次成功利用液態(tài)石墨烯實(shí)現(xiàn)石墨烯與GaN基材料的接觸,通過(guò)滴定法和旋涂法將石墨烯覆蓋在GaN表面,形成良好的石墨烯/GaN接觸。與傳統(tǒng)的通過(guò)轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)在Cu襯底上的石墨烯相比,本方法工藝簡(jiǎn)單、重復(fù)性高、可控性好。2)成功研制石墨烯/GaN紫外-近紅外雙色探測(cè)器,響應(yīng)波長(zhǎng)分別為350nm和800nm和870nm,研究了石墨烯褶皺的數(shù)量差異以及邊緣形狀的不同對(duì)接觸行為的影響,發(fā)現(xiàn),石墨烯的褶皺和石墨烯邊緣形狀可以調(diào)節(jié)石墨烯/GaN接觸后的電學(xué)性質(zhì),石墨烯的褶皺可以作為石墨烯片狀結(jié)構(gòu)之間的導(dǎo)電通道,改善液態(tài)石墨烯層間導(dǎo)電性差的缺點(diǎn)。此外,石墨烯褶皺的形狀影響石墨烯/GaN接觸后GaN空間電荷區(qū)的寬度,提高肖特基勢(shì)壘高度,進(jìn)而提高石墨烯/GaN探測(cè)器的光響應(yīng)特性。
[Abstract]:Because of its excellent optical, electrical and mechanical properties, graphene has been regarded as the breakthrough material of new material, GaN-based material with direct wide band gap, strong thermal stability, high power and so on, and has become the most important semiconductor material after silicon. How to combine graphene with wide band gap semiconductor materials based on GaN will bring a new opportunity for the development of optoelectronic and microelectronic devices. At present, the research on the combination of graphene and GaN is still in its infancy. Although it has been reported that graphene is used as electrode to improve the luminescence efficiency of GaN based LED, the combination of graphene and GaN has been reported. There are still many problems to be solved, for example, at present, graphene grown on Cu substrate is transferred to GaN substrate by transfer method, which is difficult to operate and the accuracy of the size and transfer position of graphene is difficult to control. How to realize the contact between graphene and GaN with simple operation and controllable precision remains to be solved. In addition, how to form different contact types between graphene and GaN, that is, how to form Graphene/GaN Schottky contact and how to form Graphene/GaN ohmic contact, has not been elucidated. In this paper, the contact behavior between graphene and GaN based materials is studied as the main research content, and the process of forming good contact between graphene / gan with simple operation and good repeatability is obtained. The physical mechanism influencing the type of graphene / gan contact is expounded. On the basis of this, the graphene / gan / gan UV / near infrared dual-color detector is successfully developed. It lays a foundation for the further development and application of graphene / gan based optoelectronic devices and microelectronic devices. The main contents of this subject are as follows: (1) the contact technology between graphene and GaN material, especially how to realize simple process and controllable size of graphene, The physical mechanism of graphene / gan contact with GaN materials with high reproducibility is studied. The mechanism that affects the type of graphene / gan contact is studied, and the conditions for forming ohmic or Schottky contact are studied. The optical contact between graphene and GaN is studied. Study on electrical properties and successful development of graphene / gan UV-NIR detector the innovations of this thesis are as follows: 1) the liquid graphene has been successfully used to contact graphene with GaN based materials for the first time. Graphene was coated on the surface of GaN by titration and spin-coating to form good graphene / gan contact. Compared with traditional graphene grown on Cu substrate, this method has the advantages of simple process, high repeatability and good controllability. The response wavelengths are 350nm and 800nm and 870 nm, respectively. The number difference of graphene folds and the effect of edge shape on contact behavior are studied. It is found that graphene folds and graphene edge shapes can adjust the electrical properties of graphene / gan contact. The folding of graphene can be used as a conductive channel between graphene sheet structures and improve the poor electrical conductivity between liquid graphene layers. In addition, the shape of graphene folds affects the width of GaN space charge region after graphene / gan contact, increases the Schottky barrier height, and improves the photoresponse of graphene / gan detectors.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O613.71;TQ133.51

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本文編號(hào)：2201841