SiO 2 /Si衬底上Ge量子点/石墨烯复合结构的制备及其光电响应性能研究
发布时间:2022-11-11 18:02
近年来,量子点/石墨烯复合结构材料可将量子点独特的量子限域效应及石墨烯超高的载流子迁移率等优点相结合,在光电探测领域显示出了较为优异的光电响应性能,成为了研究热点。本文采用离子束溅射沉积技术(IBSD)在石墨烯/SiO2/Si衬底上直接生长了Ge量子点,制备出Ge量子点/石墨烯复合结构光电探测器件。通过X射线光电子能谱(XPS)测试分析了复合结构的成分,确定了表面Ge元素的存在,并采用原子力显微镜(AFM)、Raman光谱测试研究了生长工艺对Ge量子点的形貌尺寸及其与石墨烯之间相互作用的影响。采用薄膜成核几率模型及第一性原理分析研究了Ge在石墨烯表面的生长及吸附过程。通过光电测试研究了不同光功率、不同栅压下Ge量子点/石墨烯复合结构场效应管(FET)光电探测器的响应性能,讨论了器件的工作原理。实验发现工艺参数对石墨烯/SiO2/Si衬底上Ge量子点的生长形貌有较大影响。研究结果表明:室温下,溅射时间越短,石墨烯受到Ge的影响程度越高,石墨烯中掺杂效应越明显,但相应的缺陷也越多。随着溅射时间延长,石墨烯表面Ge岛尺寸缩小,同时Ge岛密度急剧增加,而Ge与石墨烯间的相互作用却随之减小。与室...
【文章页数】:69 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 传统Ge/Si量子点的生长及研究现状
1.3 半导体量子点/石墨烯复合结构
1.3.1 石墨烯的性质
1.3.2 半导体量子点/石墨烯复合结构光电探测器
1.4 本论文的研究工作
第二章 实验仪器和表征方法
2.1 离子束溅射设备的基本结构及原理
2.2 样品表征方法
2.2.1 原子力显微镜(AFM)
2.2.2 Raman光谱法
2.2.3 光致发光谱(PL)
2.2.4 X射线光电子能谱(XPS)
2.3 Materials Studio软件介绍
第三章 石墨烯表面离子束溅射Ge量子点的生长研究
3.1 引言
3.2 CVD石墨烯向SiO_2/Si衬底的转移
3.3 室温下石墨烯/SiO_2表面上Ge的沉积
3.3.1 表面生长形貌分析
3.3.2 拉曼光谱结果及分析
3.4 高温下石墨烯/SiO_2表面Ge的沉积
3.4.1 实验参数设计
3.4.2 实验结果分析
3.5 室温下Ge岛成核几率分析(Zinsmeister理论)
3.6 本章小结
第四章 Ge在石墨烯表面的吸附
4.0 引言
4.1 密度泛函理论基本原理
4.1.1 Hohenberg-Kohn定理
4.1.2 Kohn-Sham方程
4.2 计算方法
4.3 结果及讨论
4.3.1 不同覆盖度石墨烯上Ge的吸附
4.3.2 差分电荷密度的计算及定性分析
4.3.3 石墨烯表面Ge形貌预测
4.4 本章小结
第五章 SiO_2/Si衬底Ge量子点/石墨烯复合结构红外探测性能及表征
5.1 引言
5.2 器件制备及表征
5.2.1 器件的制备
5.2.2 器件光电性能表征
5.3 器件的光电性能
5.3.1 Ge量子点与石墨烯之间的载流子转移
5.3.2 Ge量子点/石墨烯FET光电响应机制
5.3.3 不同栅压对Ge量子点/石墨烯FET的光电调控
5.3.4 Ge量子点/石墨烯FET响应率预测模型(LP-R模型)
5.4 本章小结
第六章 总结
参考文献
附录 硕士学位期间发表的文章及参与的项目
致谢
【参考文献】:
期刊论文
[1]离子束溅射自组装Ge/Si量子点生长的演变[J]. 张学贵,王茺,鲁植全,杨杰,李亮,杨宇. 物理学报. 2011(09)
[2]溅射沉积自诱导混晶界面与Ge量子点的生长研究[J]. 熊飞,潘红星,张辉,杨宇. 物理学报. 2011(08)
本文编号:3705493
【文章页数】:69 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 传统Ge/Si量子点的生长及研究现状
1.3 半导体量子点/石墨烯复合结构
1.3.1 石墨烯的性质
1.3.2 半导体量子点/石墨烯复合结构光电探测器
1.4 本论文的研究工作
第二章 实验仪器和表征方法
2.1 离子束溅射设备的基本结构及原理
2.2 样品表征方法
2.2.1 原子力显微镜(AFM)
2.2.2 Raman光谱法
2.2.3 光致发光谱(PL)
2.2.4 X射线光电子能谱(XPS)
2.3 Materials Studio软件介绍
第三章 石墨烯表面离子束溅射Ge量子点的生长研究
3.1 引言
3.2 CVD石墨烯向SiO_2/Si衬底的转移
3.3 室温下石墨烯/SiO_2表面上Ge的沉积
3.3.1 表面生长形貌分析
3.3.2 拉曼光谱结果及分析
3.4 高温下石墨烯/SiO_2表面Ge的沉积
3.4.1 实验参数设计
3.4.2 实验结果分析
3.5 室温下Ge岛成核几率分析(Zinsmeister理论)
3.6 本章小结
第四章 Ge在石墨烯表面的吸附
4.0 引言
4.1 密度泛函理论基本原理
4.1.1 Hohenberg-Kohn定理
4.1.2 Kohn-Sham方程
4.2 计算方法
4.3 结果及讨论
4.3.1 不同覆盖度石墨烯上Ge的吸附
4.3.2 差分电荷密度的计算及定性分析
4.3.3 石墨烯表面Ge形貌预测
4.4 本章小结
第五章 SiO_2/Si衬底Ge量子点/石墨烯复合结构红外探测性能及表征
5.1 引言
5.2 器件制备及表征
5.2.1 器件的制备
5.2.2 器件光电性能表征
5.3 器件的光电性能
5.3.1 Ge量子点与石墨烯之间的载流子转移
5.3.2 Ge量子点/石墨烯FET光电响应机制
5.3.3 不同栅压对Ge量子点/石墨烯FET的光电调控
5.3.4 Ge量子点/石墨烯FET响应率预测模型(LP-R模型)
5.4 本章小结
第六章 总结
参考文献
附录 硕士学位期间发表的文章及参与的项目
致谢
【参考文献】:
期刊论文
[1]离子束溅射自组装Ge/Si量子点生长的演变[J]. 张学贵,王茺,鲁植全,杨杰,李亮,杨宇. 物理学报. 2011(09)
[2]溅射沉积自诱导混晶界面与Ge量子点的生长研究[J]. 熊飞,潘红星,张辉,杨宇. 物理学报. 2011(08)
本文编号:3705493
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3705493.html
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