石墨烯是由碳原子以雜化軌道組成的呈六角型蜂窩狀的新型二維材料。石墨烯特殊的晶格結構導致了其奇特的電子能帶結構,使其具有許多優(yōu)良的材料特性,如超高的電子遷移率、優(yōu)良的導熱性、高的力學強度、寬波段光譜吸收、長的載流子壽命等等。因此,石墨烯在光電探測、太陽能電池、傳感、生物醫(yī)學等眾多領域呈現(xiàn)出巨大應用價值。由于石墨烯只有單原子厚度且光電導率低,所以在可見光到近紅外光范圍內(nèi),石墨烯在垂直照射的情況下僅吸收2.3%的入射光。石墨烯與光之間的相互作用非常弱,很大程度上限制了其在光電領域的應用前景。因此如何提高石墨烯的光吸收率,進而調(diào)控石墨烯對光的吸收,成為了目前石墨烯研究領域的重點。為了提高石墨烯對光的吸收效率,本文建立了三種含有石墨烯缺陷的一維光子晶體模型,利用這種傳輸矩陣法對所建立的模型在可見光到近紅外光范圍內(nèi)的光學特性進行理論計算,并通過軟件進行數(shù)值模擬。重點研究了模型內(nèi)部參數(shù)和外界條件等因素對三種模型的吸收特性的影響,并分析所得結果出現(xiàn)的原因。研究結果表明:當在光子晶體引入石墨烯缺陷后,形成了微腔結構導致了光的局域化,進而可將石墨烯對可見-近紅外光波的吸收可以提高至100%,甚至可實現(xiàn)石墨烯的雙頻完美吸收,而且可以通過改變相關結構參數(shù)、入射角度、外加電壓調(diào)控石墨烯吸收峰的位置與個數(shù),從而實現(xiàn)人工調(diào)控石墨烯光吸收的目的。本文為石墨烯吸收劑研究提供了的理論基礎及其應用的設計理念,為其未來在光學探測器、濾波器以及傳感器方面的應用提供了指導意義。
【學位單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O734
【部分圖文】：

擁有極高的電子遷移率。來自哥倫比亞大學的ＫｉｒｉｌｌＢｄｏｔｉｎ在室溫下遷移率可高達２．５Ｘｌ〇５ｃｍ２／（Ｖ?ｓ），超過硅１００倍以上％。且它的電子受溫度的影響。石墨烯還具有超強導電性，在其晶體上施加一個電壓），測定石墨烯在室溫下的電導率可達１０６Ｓ／ｍ，面電阻約為３１Ｑ／ｓｐ，的材料之一【１３］。除此之外，石墨烯還表現(xiàn)出了異常的整數(shù)量子霍爾行２ｅ２／ｊ，６ｅ２／々，?１０ｅ２Ｍ…為量子電導的奇數(shù)倍，且可以在室溫Ｆ觀測到。同很高，無比堅硬，強度比世界上最好的鋼鐵還要高上１００倍［１４】。石墨材料，導熱性能優(yōu)異。美國加州大學的科學家Ｂａｌａｎｄｉｎ等人利用微拉下石墨烯的熱導率的大小約為５３００?Ｗ／（ｍ＿Ｋｐ５ｌ，在存在基底界面散然可以達到１０００Ｗ／（ｍ?ｌＣ）ｌ１６，１７ｊ。研宄結論表明，石墨烯的熱導率非常所發(fā)現(xiàn)的材料中最高的，遠大于單壁碳納米管與多壁碳納米管兩者的的散熱迅速，使得其在散熱材料以及熱管理領域極具發(fā)展?jié)摿Α??

第一章緒論紅外和可見光波段具有極佳的光透射性，其透明性與入射光波有線性關系，如圖１．２所示ｔ１９ｌ。石墨烯的獨特能帶結構，使它光，而且柔初性很高，可以用作太陽能電池的透明導電膜，因ＦＴＯ）和氧化銦錫（ＩＴＯ）脆性缺陷和資源稀缺等問題，此外，作為液晶設備、超級電容器的電極材料ｌ２Ｇ］。相對于傳統(tǒng)的半導墨烯薄膜具有更低的飽和強度和更高的光載流子密度，這就表外光范圍內(nèi)的照射下非常容易達到飽和，它的這一性質(zhì)使其可飽和吸收體，從而產(chǎn)生超快激光｜２Ｇ１。??

圖１．４石墨烯在不同情況下的光吸收率??最近有研究表明，石墨烯和等離子體激元結構的組合可以改善石墨烯基光電探測器??的性能１２４—２＇?２０１３年，Ｍａｈｄｉｅｈ等人設計了如圖１．３所示的金屬納米結構來提高石墨烯??的光吸收效率［２８】。圖中黃色部分是側(cè)面為梯形間隔相等的金薄條，Ｐ表示薄條的間隔周??期，ｇ是梯形斜邊頂端到豎直方向的距離，ｗ和／？分別表示梯形的寬度和高度。淡粉色??部分是六角氮化硼（ｈｅｘａｇｏｎａｌ－Ｂｏｒｏｎ?Ｎｉｔｒｉｄｅ，?ｈ－ＢＮ），灰色部分為單層石墨？，厚度為０．３４??ｎｍ，白色部分是二氧化硅襯底。在金薄條和石墨烯之間以及二氧化硅襯底和石墨烯之間??分別加入厚度為１?ｎｍ和２?ｎｍ的ｈ－ＢＮ，作為電子隧道勢壘，防止載流子在石墨烯和金??屬間的遷移，從而降低器件的高量子效率�，F(xiàn)有的研究基本都選用金（Ａｕ）這種貴金屬，??５??
【參考文獻】

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1 鄭文浩;龍擁兵;王啟汶;蘇潤梅;王錫苗;;利用光學微腔提高石墨烯的光吸收效率[J];微納電子技術;2015年04期

2 謝凌云;肖文波;黃國慶;胡愛榮;劉江濤;;光子晶體增強石墨烯THz吸收[J];物理學報;2014年05期

3 尹偉紅;韓勤;楊曉紅;;基于石墨烯的半導體光電器件研究進展[J];物理學報;2012年24期

4 劉啟能;;一維摻雜光子晶體缺陷模的共振理論[J];光子學報;2012年04期

5 龐淵源;;石墨烯在半導體光電器件中的應用[J];液晶與顯示;2011年03期

6 袁明文;;石墨烯基電子學研究進展[J];微納電子技術;2010年10期

7 陳憲鋒;沈小明;蔣美萍;倪重文;是度芳;;一維光子晶體的缺陷模特性研究[J];光子學報;2005年12期

8 方云團,沈廷根,譚錫林;一維光子晶體摻雜缺陷模研究[J];光學學報;2004年11期

9 段曉峰,牛燕雄,張雛,張存善;一維光子晶體的光學傳輸特性分析[J];光子學報;2003年09期

10 王輝,李永平;用特征矩陣法計算光子晶體的帶隙結構[J];物理學報;2001年11期

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1 盛世威;石墨烯表面等離激元濾波器的研究[D];山東大學;2015年

2 邢飛;全內(nèi)反射下石墨烯的光學性質(zhì)及應用[D];南開大學;2014年

本文編號：2886552