【摘要】：石墨烯是碳原子以sp2雜化軌道按蜂窩狀晶格排列形成的二維單原子層結(jié)構(gòu)晶體,石墨烯的獨(dú)特結(jié)構(gòu)以及眾多優(yōu)異性質(zhì)使其在許多方面具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文主要研究了化學(xué)氣相沉積法制備的石墨烯薄膜性能,先將石墨烯薄膜與光電子器件結(jié)合制備了相關(guān)器件,再以場(chǎng)發(fā)射理論為基礎(chǔ),研究了石墨烯薄膜的場(chǎng)發(fā)射性能,并提出了提高場(chǎng)發(fā)射性能的方法。本論文主要工作分為以下三個(gè)部分:首先,利用化學(xué)氣相沉積法制備了石墨烯薄膜,之后結(jié)合轉(zhuǎn)移技術(shù),將石墨烯薄膜應(yīng)用到光電子器件(有機(jī)發(fā)光二極管、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、有機(jī)太陽(yáng)能電池)中。通過改變轉(zhuǎn)移次數(shù),控制石墨烯薄膜的厚度,研究了石墨烯薄膜厚度對(duì)光電子器件性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,石墨烯薄膜厚度對(duì)光電子器件性能的影響是較為明顯的,這主要是由于隨著石墨烯薄膜厚度的增加,石墨烯薄膜的面電阻與透過率隨之發(fā)生變化,這些參數(shù)的調(diào)控對(duì)光電子器件性能有較為直接的影響。然后,從化學(xué)氣相沉積法的制備工藝參數(shù)出發(fā),研究了制備工藝參數(shù)對(duì)石墨烯薄膜場(chǎng)發(fā)射性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明沉積時(shí)間對(duì)于場(chǎng)發(fā)射性能的影響較為明顯,沉積時(shí)間為5 min的石墨烯表現(xiàn)出最優(yōu)異的場(chǎng)發(fā)射性能,其開啟電場(chǎng)為9.8V/?m,閾值電場(chǎng)為13 V/?m。其原因在于沉積時(shí)間不充足無法生長(zhǎng)成連續(xù)的石墨烯薄膜,制備的樣品包含許多“石墨烯島”邊緣發(fā)射區(qū)域,即場(chǎng)發(fā)射點(diǎn)的增加導(dǎo)致了場(chǎng)發(fā)射性能的提高。最后,介紹了提高石墨烯薄膜場(chǎng)發(fā)射性能的方法。一是通過對(duì)石墨烯薄膜的銅箔襯底進(jìn)行激光刻蝕處理,提高了其場(chǎng)發(fā)射性能。利用激光對(duì)銅箔表面以掃描的方式進(jìn)行刻蝕處理,之后在此銅箔上生長(zhǎng)石墨烯薄膜。通過這種方法制備的石墨烯薄膜場(chǎng)發(fā)射性能得到了一定的提高,沉積時(shí)間5 min的石墨烯薄膜開啟電場(chǎng)從9.8 V/?m減小到8.8 V/?m,閾值電場(chǎng)從13 V/?m減小到12.2 V/?m,場(chǎng)增強(qiáng)因子也從原來的640增加到了1757。二是改變場(chǎng)發(fā)射方式,即研究了石墨烯薄膜的邊緣場(chǎng)發(fā)射性能測(cè)試。利用銅箔襯底柔性特點(diǎn),將制備的石墨烯卷曲成圓柱體形狀,并對(duì)其進(jìn)行了場(chǎng)發(fā)射測(cè)試。測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)其場(chǎng)發(fā)射性能得到了較大的提高,其開啟電場(chǎng)和閾值電場(chǎng)分別為3.4 V/?m和5.8 V/?m,場(chǎng)增強(qiáng)因子高達(dá)5068,最大場(chǎng)發(fā)射電流密度也提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。綜上所述,本工作將CVD方法制備的石墨烯作為電極,對(duì)其應(yīng)用于多種光電子器件并對(duì)其光電或電學(xué)特性進(jìn)行了研究,為后續(xù)高性能器件的研制打下了基礎(chǔ)。
[Abstract]:Graphene is a two-dimensional monoatomic crystal formed by sp2 hybrid orbitals arranged in honeycomb lattice. Because of its unique structure and many excellent properties, graphene has a broad application prospect in many fields. In this paper, the properties of graphene thin films prepared by chemical vapor deposition (CVD) were studied. Firstly, the related devices were prepared by combining graphene films with optoelectronic devices, and then the field emission properties of graphene films were studied based on field emission theory. A method to improve the field emission performance is also proposed. The main work of this thesis is as follows: firstly, graphene thin films were prepared by chemical vapor deposition, and then the graphene thin films were applied to photoelectron devices (organic light-emitting diodes, organic light-emitting diodes). There are field effect transistors, organic solar cells). The influence of the thickness of graphene film on the performance of optoelectronic devices was studied by changing the transfer times and controlling the thickness of graphene film. The experimental results show that the effect of graphene film thickness on the performance of photoelectron devices is obvious, which is mainly due to the change of surface resistance and transmittance of graphene film with the increase of graphene film thickness. The control of these parameters has a direct effect on the performance of optoelectronic devices. Then, the effect of preparation parameters on the field emission properties of graphene thin films was studied based on the process parameters of chemical vapor deposition. The experimental results show that the effect of deposition time on the field emission performance is obvious. Graphene with deposition time of 5 min exhibits the best field emission performance, with a starting electric field of 9.8 V / m and a threshold electric field of 13 V / m. The reason is that the deposition time is not sufficient to grow into continuous graphene films, and the sample contains a lot of "graphene island" edge emission region, that is, the increase of field emission point leads to the improvement of field emission performance. Finally, the methods to improve the field emission properties of graphene films are introduced. Firstly, the field emission property of graphene film is improved by laser etching of copper foil substrate. The surface of copper foil was etched by laser and then graphene film was grown on the copper foil. The field emission properties of graphene thin films prepared by this method have been improved to some extent. The opening electric field of graphene thin films with deposition time of 5 min has been reduced from 9.8 V / m to 8.8 V / m. The threshold electric field decreased from 13 V / m to 12.2 V / m, and the field enhancement factor increased from 640 to 1757. The other is to change the field emission mode, that is, to study the edge field emission performance of graphene film. The graphene was curled into a cylindrical shape by using the flexibility of copper foil substrate and the field emission measurements were carried out. The test results show that the field emission performance is greatly improved. The opening electric field and the threshold electric field are 3.4 V / m and 5.8 V / m, respectively, and the field enhancement factor is as high as 5068. The maximum field emission current density is also increased by an order of magnitude. To sum up, graphene prepared by CVD method is used as electrode in this work, and it is applied to various optoelectronic devices and its photoelectric or electrical properties are studied, which lays a foundation for the development of high performance devices in the future.
【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】：2017
【分類號(hào)】：TQ127.11;TM914.4;TN386;TN383.1

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本文編號(hào)：2347027