本文關(guān)鍵詞：石墨烯在硅襯底上的低溫生長及其光學(xué)特性的研究

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【摘要】：碳是自然界中最具魅力的元素。尤其是在近30年的時(shí)間里,對(duì)碳材料的研究一直是科技創(chuàng)新的前沿領(lǐng)域。其中,石墨烯的發(fā)現(xiàn)和研究進(jìn)展在近幾年里一直引人注目。石墨烯是一種二維晶體,它是由單層碳原子構(gòu)成,具有極其特殊的量子效應(yīng)和電學(xué)光學(xué)特性。單層的石墨烯厚度僅為0.4nm左右。石墨烯目前被看作是替代硅最完美的材料,在超微型晶體管上的應(yīng)用前景被廣泛關(guān)注,可以用來設(shè)計(jì)出未來的超計(jì)算機(jī),它的處理器運(yùn)行速度將會(huì)比現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)快數(shù)百倍。這無疑將大大提高人類的信息傳播和信息處理能力。本文主要針對(duì)石墨烯的生長工藝和光學(xué)特性進(jìn)行研究。具體內(nèi)容及結(jié)論分析如下:1.石墨烯的低溫生長。在銅箔上初步制備石墨烯,優(yōu)化參數(shù),如CH4流量,生長時(shí)間,生長溫度等,初步探究石墨烯的生長工藝。在Si/SiO2基底上鍍Cu,Ni,Cu-Ni合金,分別在不同溫度下生長石墨烯,主要通過Raman表征,SEM表征,比較不同溫度,不同催化劑下石墨烯結(jié)晶質(zhì)量,層狀效果,平整度等,獲得實(shí)驗(yàn)室制備的最優(yōu)參數(shù)。同時(shí)根據(jù)石墨烯在磁場作用下發(fā)生的霍爾效應(yīng)來測試其載流子遷移率,發(fā)現(xiàn)略低于理論值,考慮是由于產(chǎn)物中的少量缺陷導(dǎo)致的。2.石墨烯光學(xué)特性的軟件仿真。運(yùn)用Comsol Multiphysics仿真軟件的波動(dòng)光學(xué)模塊對(duì)石墨烯材料在光照射下的光學(xué)特性進(jìn)行仿真。單層的石墨烯材料幾乎是透明的,對(duì)光的吸收也很小,大概只有2.3%左右。為了提高光吸收效率,我們?cè)O(shè)計(jì)成諧振的結(jié)構(gòu),把單層石墨烯作為介質(zhì)層,上下被特殊形狀的金膜覆蓋。我們主要獲取入射光照下,這種特殊結(jié)構(gòu)對(duì)光的吸收效果,發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)可以大大提高材料的光吸收效率。在此基礎(chǔ)上了解石墨烯相關(guān)器件,嘗試石墨烯光探測器,太赫茲探測器等器件的改進(jìn)設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 制備工藝 Comsol Multiphysics 光吸收
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O613.71
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 石墨烯材料的概念和特征10-13
• 1.1.1 概述10-11
• 1.1.2 石墨烯特性11-13
• 1.2 石墨烯應(yīng)用和器件13-14
• 1.3 石墨烯的研究進(jìn)展14-15
• 1.4 Comsol Multiphysics簡介15
• 1.5 光探測器的發(fā)展15-17
• 1.5.1 金屬接觸型光電探測器16
• 1.5.2 等離子體光電探測器16-17
• 1.5.3 量子點(diǎn)石墨烯混合光電探測器17
• 1.6 石墨烯太赫茲探測器17-18
• 1.6.1 太赫茲探測器的原理及簡介17-18
• 1.6.2 石墨烯和太赫茲探測器18
• 1.7 本文的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)18-19
• 第二章 石墨烯生長工藝簡介19-23
• 2.1 引言19
• 2.2 石墨烯主流生長工藝簡介19-22
• 2.2.1 微機(jī)械剝離法19-20
• 2.2.2 外延生長法20
• 2.2.3 氧化石墨還原法20-21
• 2.2.4 化學(xué)氣相淀積CVD法21-22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 第三章 低溫生長石墨烯工藝及其載流子遷移率測試23-54
• 3.1 引言23
• 3.2 主要實(shí)驗(yàn)器材及試劑介紹23-24
• 3.3 石墨烯生長工藝描述24-28
• 3.3.1 襯底的清洗24-25
• 3.3.2 襯底上催化劑的蒸鍍25-26
• 3.3.3 微波等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備生長石墨烯的一般步驟26-28
• 3.4 對(duì)比試驗(yàn)描述28
• 3.4.1 銅箔上生長石墨烯的參數(shù)28
• 3.4.2 Si/SiO_2襯底上鍍Cu生長石墨烯28
• 3.4.3 Si/SiO_2襯底上鍍Ni生長石墨烯28
• 3.4.4 Si/SiO_2襯底上鍍Ni-Cu催化劑生長石墨烯28
• 3.5 Raman表征簡述28-30
• 3.6 實(shí)驗(yàn)室制備的石墨烯質(zhì)量分析30-47
• 3.6.1 Cu作為催化劑的各組實(shí)驗(yàn)參數(shù)及對(duì)應(yīng)的Raman測試結(jié)果31-36
• 3.6.2 Ni作為催化劑的各組實(shí)驗(yàn)參數(shù)及對(duì)應(yīng)的Raman測試結(jié)果36-42
• 3.6.3 Ni-Cu作為催化劑的各組實(shí)驗(yàn)參數(shù)及對(duì)應(yīng)的Raman測試結(jié)果42-47
• 3.7 制取的石墨烯表面形貌觀測47-48
• 3.8 石墨烯載流子遷移率測試48-52
• 3.8.1 載流子遷移率測試方法48-50
• 3.8.2 霍爾效應(yīng)測石墨烯遷移率基片制作50
• 3.8.3 方阻的測量方法50-51
• 3.8.4 遷移率的測試51-52
• 3.9 本章小結(jié)52-54
• 第四章 石墨烯光吸收仿真及相關(guān)器件改進(jìn)方案54-66
• 4.1 引言54
• 4.2 Comsol Multiphysics軟件一般求解過程54-55
• 4.3 石墨烯的本征光吸收仿真55-59
• 4.3.1 結(jié)構(gòu)描述55-56
• 4.3.2 軟件仿真56-58
• 4.3.3 結(jié)果分析58-59
• 4.4 以石墨烯為主要介質(zhì)的吸波體結(jié)構(gòu)仿真59-63
• 4.4.1 結(jié)構(gòu)描述59
• 4.4.2 軟件仿真59-62
• 4.4.3 結(jié)果分析62-63
• 4.5 石墨烯光電探測器改進(jìn)方案63-64
• 4.6 太赫茲探測器改進(jìn)方案64-65
• 4.7 本章小結(jié)65-66
• 第五章 全文總結(jié)與展望66-68
• 5.1 全文總結(jié)66-67
• 5.2 展望67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果73-74

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