本文關(guān)鍵詞：基于周期極化鈮酸鋰的石墨烯光電探測研究

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【摘要】：石墨烯由于其所具有的優(yōu)異而獨特的電學(xué)和光學(xué)性能,自被發(fā)現(xiàn)起就引發(fā)世界范圍內(nèi)科研人員的廣泛重視。關(guān)于其性質(zhì)的研究,以及關(guān)于將其應(yīng)用于各種器件上的探索不斷被報道。其中,石墨烯由于在光電探測方面所具有的巨大應(yīng)用潛力,而成為石墨烯應(yīng)用研究中的一個重要方向。目前基于石墨烯的光電探測器件,一般是基于場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)或波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的石墨烯光電探測器需要利用金屬電極和石墨烯的功函數(shù)的不同,使石墨烯能帶結(jié)構(gòu)在電極附近產(chǎn)生彎曲,從而實現(xiàn)對入射光激發(fā)的電子-空穴對的分離。本文對石墨烯光電探測器件進(jìn)行了進(jìn)一步的研究,主要內(nèi)容如下：1.本文利用周期極化鈮酸鋰襯底對于石墨烯能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)制作用,提出了一種新的石墨烯光電探測器結(jié)構(gòu)。通過將石墨烯轉(zhuǎn)移至周期極化鈮酸鋰襯底上,利用周期極化鈮酸鋰襯底對于石墨烯的調(diào)制,實現(xiàn)石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)在襯底上的周期性變化。此時在不同極化方向的鈮酸鋰鐵電疇的疇界面附近,由于石墨烯能帶結(jié)構(gòu)的變動,石墨烯的費密面發(fā)生了較大的改變,這種改變使得電子在通過疇界面附近時,不同的通過方向,電子的運動將受到不同的影響,電子沿某一個方向運動時受到的阻礙將比沿另一個方向運動時更小。同時,利用這種周期性的能帶結(jié)構(gòu)的變化,能夠在不同極化方向的鈮酸鋰疇界面附近分離入射光在石墨烯中激發(fā)出的電子-空穴對。配合在轉(zhuǎn)移有石墨烯的不同極化方向的鈮酸鋰鐵電疇上分別沉積叉指狀金屬電極,使在鈮酸鋰鐵電疇界面附近的石墨烯上被分離的電子和空穴能夠分別被源極和漏極收集。與傳統(tǒng)基于場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的石墨烯光電器件相比,當(dāng)器件源極和漏極使用相同的金屬材料時,這種結(jié)構(gòu)可以一定程度上避免在電極與石墨烯的接觸過程中,形成類似“背靠背”的pn結(jié)的結(jié)構(gòu),造成器件受入射光照射時凈電流為零。從而可能相較于目前基于場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的石墨烯光電器件更高的探測效率。2.通過在周期極化鈮酸鋰襯底上轉(zhuǎn)移石墨烯,經(jīng)過光刻、電子束蒸鍍等工藝之后,按設(shè)計思路制備獲得基于周期極化鈮酸鋰襯底的石墨烯光電探測器。經(jīng)過測試,發(fā)現(xiàn)在器件的源極和漏極之間施加不同方向偏壓時,電阻會發(fā)生顯著的突變。這一現(xiàn)象證實了周期極化鈮酸鋰襯底對于石墨烯能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)制作用。3.在實驗過程中,觀察到周期極化鈮酸鋰襯底對于光刻膠的光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響的現(xiàn)象。周期極化鈮酸鋰襯底對光刻膠光吸收的影響,使得光刻膠在可見光下顯現(xiàn)出了一定的襯度,能夠?qū)崿F(xiàn)對于鈮酸鋰襯底的鐵電疇圖形非破壞性的觀察,這一現(xiàn)象也為觀察其他鐵電材料的疇結(jié)構(gòu)提供了一種新的思路。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 光電探測器 周期極化 鈮酸鋰 鐵電疇 費密面
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-29
• 1.1 引言11-12
• 1.2 石墨烯的基本特征12-15
• 1.3 傳統(tǒng)半導(dǎo)體光電探測器15-17
• 1.4 石墨烯光電探測17-20
• 1.5 本論文的研究目的和工作內(nèi)容20-22
• 參考文獻(xiàn)22-29
• 第二章 基于周期性極化鈮酸鋰襯底的石墨烯光電器件的設(shè)計29-37
• 2.1 周期性極化鈮酸鋰和石墨烯的相互作用29-31
• 2.2 基于周期性極化鈮酸鋰襯底的石墨烯光電探測器設(shè)計31-34
• 2.3 本章小節(jié)34-35
• 參考文獻(xiàn)35-37
• 第三章 實驗與測試方法37-45
• 3.1 周期極化鈮酸鋰襯底的結(jié)構(gòu)表征37-38
• 3.2 器件的電輸運性能測試方法38-39
• 3.3 器件的光電性能測試方法39-40
• 3.4 實驗所用儀器和試劑40-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 參考文獻(xiàn)43-45
• 第四章 基于周期性極化鈮酸鋰襯底的石墨烯光電器件的制備45-53
• 4.1 石墨烯的轉(zhuǎn)移45-46
• 4.2 光刻46-49
• 4.3 電極的制備49-51
• 4.4 本章小結(jié)51-53
• 第五章 周期極化鈮酸鋰與光刻膠的相互作用53-57
• 5.1 周期極化鈮酸鋰對光刻膠的影響53-54
• 5.2 利用光刻膠觀察周期極化鈮酸鋰疇結(jié)構(gòu)的方法54-55
• 5.3 本章小結(jié)55-57
• 第六章 基于周期極化鈮酸鋰襯底的石墨烯器件的物理特性57-65
• 6.1 基于周期性極化鈮酸鋰襯底的石墨烯器件的電輸運性能表征57-61
• 6.2 基于普通鈮酸鋰襯底的石墨烯器件的光電性能表征61-63
• 6.3 本章小結(jié)63-65
• 第七章 結(jié)論與展望65-67
• 7.1 結(jié)論65
• 7.2 展望65-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果67-69
• 致謝69-70

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