石墨烯自2004年被首次機械剝離得到以來,以其獨特的零帶隙能帶結構、高載流子遷移率、線性的能量色散等優(yōu)異性質,被廣泛應用于光調制器、太陽能電池、晶體管、光探測器等領域。在基于石墨烯的光電子器件的應用中,往往需要首先通過刻蝕技術將石墨烯薄膜從金屬襯底轉移至介電襯底上進行光電應用,因此在該轉移過程中就會不可避免的引入雜質、缺陷等因素,降低石墨烯的質量。故而研究者嘗試使用直接生長的辦法在介電襯底上直接制備石墨烯薄膜。在介電襯底材料中,石英具有寬波段的優(yōu)良的光學性能,且熱膨脹系數低,且已成為基于石墨烯的光電應用中保持高透過率的常用襯底之一,在許多光電器件中被廣泛應用,因此研究石墨烯在石英襯底上的可控制備具有重要意義。目前太赫茲（THz）技術在高速光通信、生物醫(yī)學、時域光譜、化學傳感等領域展現(xiàn)出優(yōu)異的應用前景,但制約太赫茲技術進一步發(fā)展的主要因素之一是該波段功能器件的匱乏,因此尋找在太赫茲波段工作的高性能的材料和器件至關重要。由于石墨烯具有高的載流子遷移率,且動量弛豫速率低,同時它的等離子體波也位于太赫茲波段,所以大量的研究表明具有優(yōu)異光電性質的石墨烯可被用于產生太赫茲波,這也為其在新型太赫茲輻... 

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【學位級別】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 石墨烯的結構與性質
    1.2 石墨烯制備的研究現(xiàn)狀
    1.3 石墨烯的太赫茲發(fā)射特性研究現(xiàn)狀
    1.4 石墨烯的太赫茲調制特性研究現(xiàn)狀
    1.5 本文選題的目的和意義
第二章 太赫茲輻射的物理機理和光調制的物理基礎
    2.1 太赫茲輻射的物理機理
    2.2 飛秒光激發(fā)下的石墨烯非線性光電流效應
    2.3 石墨烯調制太赫茲波的物理機理
    2.4 本章小結
第三章 常壓化學氣相沉積法在石英襯底上制備石墨烯薄膜
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗裝置
        3.2.2 常壓化學氣相沉積法制備石墨烯薄膜
        3.2.3 石墨烯的表征方法
    3.3 石墨烯薄膜的生長參數優(yōu)化
        3.3.1 生長溫度的優(yōu)化
        3.3.2 前驅體濃度的優(yōu)化
        3.3.3 生長時間的優(yōu)化
        3.3.4 生長過程中載氣比例的優(yōu)化
        3.3.5 高質量雙層石墨烯的制備與表征
    3.4 生長機理分析
        3.4.1 在介電襯底上生長石墨烯的動力學過程分析
        3.4.2 氫氣在石墨烯生長中的催化與刻蝕作用
    3.5 直接生長的石墨烯薄膜的光電性能測試
    3.6 本章小結
第四章 抽濾法在石英襯底上制備還原氧化石墨烯薄膜
    4.1 引言
    4.2 材料制備方法
        4.2.1 改良的Hummers法制備氧化石墨烯粉末
        4.2.2 抽濾法制備石墨烯薄膜
    4.3 氧化石墨烯薄膜和還原氧化石墨烯薄膜的表征
        4.3.1 形貌表征
        4.3.2 厚度表征
        4.3.3 組分含量表征
    4.4 本章小結
第五章 還原氧化石墨烯薄膜的太赫茲發(fā)射特性研究
    5.1 引言
    5.2 還原氧化石墨烯薄膜的太赫茲發(fā)射光譜特性
        5.2.1 太赫茲發(fā)射光譜系統(tǒng)
        5.2.2 太赫茲輻射的探測方式
        5.2.3 太赫茲發(fā)射光譜測試
    5.3 實驗結果與討論
        5.3.1 還原氧化石墨烯薄膜的太赫茲輻射特性與溫度及薄厚的關系
        5.3.2 還原氧化石墨烯薄膜的太赫茲輻射特性與泵浦光強的關系
        5.3.3 還原氧化石墨烯薄膜的太赫茲輻射特性與泵浦偏振的關系
        5.3.4 還原氧化石墨烯薄膜的太赫茲輻射特性與樣品方位角的關系
    5.4 還原氧化石墨烯薄膜的非線性光電流效應
    5.5 本章小結
第六章 石墨烯-超材料結構在太赫茲波段的設計及仿真
    6.1 引言
    6.2 超材料的設計分析方法
        6.2.1 時域有限差分法
        6.2.2 有限元法
    6.3 石墨烯超材料的CST仿真模擬結果
        6.3.1 石墨烯微米條帶的光調制特性
        6.3.2 石墨烯復合金屬超材料結構的光調制特性
    6.4 本章小結
第七章 石墨烯-超材料光調制器的加工制作
    7.1 微納加工技術
        7.1.1 光刻技術
        7.1.2 電子束曝光技術
        7.1.3 聚焦離子束曝光技術
        7.1.4 其他曝光技術
    7.2 石墨烯-超材料光調制器件的加工流程
    7.3 石墨烯-超材料結構的加工實現(xiàn)方案
        7.3.1 L-Edit設計不同圖層的版圖結構
        7.3.2 基底處理與標記
        7.3.3 石墨烯層的轉移與結構制備
        7.3.4 金屬結構層的制備
        7.3.5 金屬電極層的制備
    7.4 基于石墨烯-超材料的電光調制器的制作
        7.4.1 固態(tài)電解質的制備
        7.4.2 調制器的組裝
    7.5 本章小結
第八章 石墨烯-超材料電光調制器的角度依賴調制特性研究
    8.1 太赫茲時域光譜測試系統(tǒng)
    8.2 石墨烯微米條帶的電光調制特性
        8.2.1 器件結構及電學響應
        8.2.2 角度依賴電光調制響應特性
    8.3 石墨烯復合金屬超材料的角度依賴調制響應
        8.3.1 器件結構及電學響應
        8.3.2 角度依賴電光調制響應特性
    8.4 本章小結
總結與展望
參考文獻
致謝
攻讀博士學位期間取得的科研成果
作者簡介



本文編號：3723442