發(fā)布時間：2020-12-14 19:25

　　隨著半導體技術、產業(yè)的日益進步,基于新能源、海量信號處理的重要需求,人們對半導體的光電性能提出了新的要求。硅材料作為半導體領域的核心材料,研究者對其光電性能尤為關切。囿于本征硅的間接帶隙結構,硅本身的光電轉換能力并不優(yōu)秀。作為二維材料的典型代表,石墨烯在電學和光學方面都有著相當特別的性能,而且石墨烯-硅光電器件的制備工藝成本非常低,因此硅基石墨烯光電器件的制備和性能優(yōu)化成為目前國際研究的前沿領域,引起廣泛重視。本論文研究硅基石墨烯的制備、光電器件構造和性能,利用原位生長技術制備了硅基石墨烯,設計了硅基石墨烯新的器件結構。具體創(chuàng)新性結果如下:（一）利用化學氣相沉積法在單晶硅表面成功直接制備了石墨烯量子點。借助與銅對甲烷的催化裂解效果,在高溫下（約800攝氏度）利用揮發(fā)出的銅蒸汽,在硅片表面沉積制備出石墨烯組織。經(jīng)過拉曼和X光電子能譜（XPS）的表征,確認生長的材料是不含有機基團的石墨烯量子點。進一步對材料進行光學表征,發(fā)現(xiàn)生長的石墨烯量子點具有光致發(fā)光的特性,且發(fā)光峰位不隨量子點尺寸或者測試溫度變化而移動。實驗中也發(fā)現(xiàn):石墨烯在硅襯底的生長具有一定的自限制情況,石墨烯在硅襯底上的覆蓋率難... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２．２使用石墨烯作為吸收層制作的光探測器ｉｍ，圖中展示了（ａ）器件能帶結構圖，（ｂ）器件??結構示意圖，以及（Ｃ）器件在不同頻率下的響應??Ｆｉｇ．?２．２?Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ?ｕｓｉｎｇ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ａｓ?ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌ，?（ａ）?Ｅｎｅｒｇｙ?ｂａｎｄ?ｄｉａｇｒａｍ，?（ｂ）??

Ｇａｔｅ??丄Ｌｉｇｈｔ?ｉｎ’??圖２．２使用石墨烯作為吸收層制作的光探測器ｉｍ，圖中展示了（ａ）器件能帶結構圖，（ｂ）器件??結構示意圖，以及（Ｃ）器件在不同頻率下的響應??Ｆｉｇ．?２．２?Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ?ｕｓｉｎｇ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ａｓ?ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌ，?（ａ）?Ｅｎｅｒｇｙ?ｂａｎｄ?ｄｉａｇｒａｍ，?（ｂ）??ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ａｎｄ?（ｃ）?ｒｅｓｐｏｎｓｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｅｔｅｃｔｏｒ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｉｇｎａｌ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ?ａｒｅ??ｅｘｉｈｉｂｉｔｅｄ??２．３石墨烯制備方法??因為石墨烯具有如此特別的性能，如何大批量而又高質量的制備就成了一個??關鍵的研究熱點。不同于一般的材料，二維材料的性質隨著層數(shù)的變化有著較為??明顯的變化，因此制備時如何均勻的控制生長的層數(shù)，就成了制備方法發(fā)展的難??點。到目前為止，石墨烯制備常用的方法主要有機械剝離法、化學合成法和化學??汽相沉積法。本節(jié)將逐一簡要介紹這些合成方法的發(fā)展以及各自的特點。??２．３．１機械剝離法??談及二維材料，最初的結構計算結果認為單層原子構成的二維材料在熱力學??的影響下

往往需要將石墨烯覆蓋到另一個材料表面。因此，研究者將目光投向了常??用的成膜技術。李雪松等在２００９年的時候首次提出了在銅襯底上使用化學氣相??沉積法制備大規(guī)模、均勻的單層石墨烯［２１］（圖２．５）。后續(xù)研究者發(fā)現(xiàn)，很多其他??的過渡金屬，如鎳、鈷、釕等［２２＿２４］，都可以用于作為化學氣相沉積法生長石墨烯??的催化襯底。因為這種生長方法重復性良好，對襯底要求不高，生長面積大、質??量高，化學氣相沉積已經(jīng)基本成為石墨烯生產的通用方法。??．ｔ?Ｗｒｉｎｋｌｅ??１０Ｑ?ｍ?５＿????ｉ??Ｃ?Ｄ??ｌＵ＾．＾ＷＷｍｗ＾?ｇｌａｓｓ??１ｍｍ?１?＼Ｃ�。螅�??１?ｃｍ??Ｇｒａｐｈｅｎｅ?９?ｒａ?ｐ?ｈ?ｅ?ｎ?ｅ??，－，￣?—?，?ＳｉＱ２??圖２．５?（ａＨｂ）銅基石墨烯的掃描電鏡圖片，從中可以看到石墨烯跨銅襯底的晶界以及軋痕進行單??層生長，（ｃＨｄ）為銅基石墨烯轉移到氧化硅、坡璃襯底上的祥品照片［２１］??Ｆｉｇ．?２．５?（ａ）－（ｂ）?ｓｈｏｗ?ｔｈｅ?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ?ｏｎ?ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ?ｃｏｐｐｅｒ?ｆｏｉｌ


本文編號：2916896