發(fā)布時間：2017-11-01 04:10

  本文關鍵詞：石墨烯在硅襯底上的低溫生長及其光學特性的研究

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【摘要】：碳是自然界中最具魅力的元素。尤其是在近30年的時間里,對碳材料的研究一直是科技創(chuàng)新的前沿領域。其中,石墨烯的發(fā)現(xiàn)和研究進展在近幾年里一直引人注目。石墨烯是一種二維晶體,它是由單層碳原子構成,具有極其特殊的量子效應和電學光學特性。單層的石墨烯厚度僅為0.4nm左右。石墨烯目前被看作是替代硅最完美的材料,在超微型晶體管上的應用前景被廣泛關注,可以用來設計出未來的超計算機,它的處理器運行速度將會比現(xiàn)在的計算機快數(shù)百倍。這無疑將大大提高人類的信息傳播和信息處理能力。本文主要針對石墨烯的生長工藝和光學特性進行研究。具體內容及結論分析如下:1.石墨烯的低溫生長。在銅箔上初步制備石墨烯,優(yōu)化參數(shù),如CH4流量,生長時間,生長溫度等,初步探究石墨烯的生長工藝。在Si/SiO2基底上鍍Cu,Ni,Cu-Ni合金,分別在不同溫度下生長石墨烯,主要通過Raman表征,SEM表征,比較不同溫度,不同催化劑下石墨烯結晶質量,層狀效果,平整度等,獲得實驗室制備的最優(yōu)參數(shù)。同時根據(jù)石墨烯在磁場作用下發(fā)生的霍爾效應來測試其載流子遷移率,發(fā)現(xiàn)略低于理論值,考慮是由于產(chǎn)物中的少量缺陷導致的。2.石墨烯光學特性的軟件仿真。運用Comsol Multiphysics仿真軟件的波動光學模塊對石墨烯材料在光照射下的光學特性進行仿真。單層的石墨烯材料幾乎是透明的,對光的吸收也很小,大概只有2.3%左右。為了提高光吸收效率,我們設計成諧振的結構,把單層石墨烯作為介質層,上下被特殊形狀的金膜覆蓋。我們主要獲取入射光照下,這種特殊結構對光的吸收效果,發(fā)現(xiàn)這種結構可以大大提高材料的光吸收效率。在此基礎上了解石墨烯相關器件,嘗試石墨烯光探測器,太赫茲探測器等器件的改進設計。
【關鍵詞】：石墨烯 制備工藝 Comsol Multiphysics 光吸收
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 石墨烯材料的概念和特征10-13
• 1.1.1 概述10-11
• 1.1.2 石墨烯特性11-13
• 1.2 石墨烯應用和器件13-14
• 1.3 石墨烯的研究進展14-15
• 1.4 Comsol Multiphysics簡介15
• 1.5 光探測器的發(fā)展15-17
• 1.5.1 金屬接觸型光電探測器16
• 1.5.2 等離子體光電探測器16-17
• 1.5.3 量子點石墨烯混合光電探測器17
• 1.6 石墨烯太赫茲探測器17-18
• 1.6.1 太赫茲探測器的原理及簡介17-18
• 1.6.2 石墨烯和太赫茲探測器18
• 1.7 本文的主要內容及創(chuàng)新點18-19
• 第二章 石墨烯生長工藝簡介19-23
• 2.1 引言19
• 2.2 石墨烯主流生長工藝簡介19-22
• 2.2.1 微機械剝離法19-20
• 2.2.2 外延生長法20
• 2.2.3 氧化石墨還原法20-21
• 2.2.4 化學氣相淀積CVD法21-22
• 2.3 本章小結22-23
• 第三章 低溫生長石墨烯工藝及其載流子遷移率測試23-54
• 3.1 引言23
• 3.2 主要實驗器材及試劑介紹23-24
• 3.3 石墨烯生長工藝描述24-28
• 3.3.1 襯底的清洗24-25
• 3.3.2 襯底上催化劑的蒸鍍25-26
• 3.3.3 微波等離子體化學氣相沉積設備生長石墨烯的一般步驟26-28
• 3.4 對比試驗描述28
• 3.4.1 銅箔上生長石墨烯的參數(shù)28
• 3.4.2 Si/SiO_2襯底上鍍Cu生長石墨烯28
• 3.4.3 Si/SiO_2襯底上鍍Ni生長石墨烯28
• 3.4.4 Si/SiO_2襯底上鍍Ni-Cu催化劑生長石墨烯28
• 3.5 Raman表征簡述28-30
• 3.6 實驗室制備的石墨烯質量分析30-47
• 3.6.1 Cu作為催化劑的各組實驗參數(shù)及對應的Raman測試結果31-36
• 3.6.2 Ni作為催化劑的各組實驗參數(shù)及對應的Raman測試結果36-42
• 3.6.3 Ni-Cu作為催化劑的各組實驗參數(shù)及對應的Raman測試結果42-47
• 3.7 制取的石墨烯表面形貌觀測47-48
• 3.8 石墨烯載流子遷移率測試48-52
• 3.8.1 載流子遷移率測試方法48-50
• 3.8.2 霍爾效應測石墨烯遷移率基片制作50
• 3.8.3 方阻的測量方法50-51
• 3.8.4 遷移率的測試51-52
• 3.9 本章小結52-54
• 第四章 石墨烯光吸收仿真及相關器件改進方案54-66
• 4.1 引言54
• 4.2 Comsol Multiphysics軟件一般求解過程54-55
• 4.3 石墨烯的本征光吸收仿真55-59
• 4.3.1 結構描述55-56
• 4.3.2 軟件仿真56-58
• 4.3.3 結果分析58-59
• 4.4 以石墨烯為主要介質的吸波體結構仿真59-63
• 4.4.1 結構描述59
• 4.4.2 軟件仿真59-62
• 4.4.3 結果分析62-63
• 4.5 石墨烯光電探測器改進方案63-64
• 4.6 太赫茲探測器改進方案64-65
• 4.7 本章小結65-66
• 第五章 全文總結與展望66-68
• 5.1 全文總結66-67
• 5.2 展望67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻69-73
• 攻讀碩士學位期間取得的成果73-74

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