石墨烯/硅纳米孔柱阵列的制备与光电特性
发布时间：2020-12-22 22:33
石墨烯是由sp2杂化单层碳原子组成的二维蜂窝状结构,具有大的比表面积、高的透光率、电子迁移率、激子束缚能和热稳定性,这使得石墨烯（graphene）在透明电极、场效应晶体管、光伏器件、气敏传感器等方面有巨大的应用潜力。但本征石墨烯具有零带隙特性,不产生荧光,这极大的限制了它在光电器件中的应用,打开石墨烯的带隙是其在半导体光电子器件领域应用的前提。石墨烯的光学性质由其对称性决定,可以通过引入无序结构来改变,途径之一就是通过调控sp2区域的尺寸来调控发光的波长。超大规模集成电路都是以Si材料作为基础,而且下一代信息技术的一个重要发展方向就是硅基光子学,但作为间接带隙半导体,Si发光效率较低,需要将光子器件或电子器件集成在Si芯片上,实现光电集成,缩短光电互联的长度,提高信息处理速度。构筑graphene/Si器件,不仅可以实现硅掺杂石墨烯提高石墨烯的激子结合能,增强石墨烯室温激子发光,还可以直接将器件集成到Si芯片上。但石墨烯与Si集成时存在晶格失配和热失配,采用纳米技术可以很好解决这个问题。本论文在Si纳米孔柱阵列（Si nanoporous ...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
石墨烯构成富勒烯、碳纳米管和石墨的过程
第一章 绪论单个碳原子稳定的电子组态是 2s22p2，最外层有四个价电子可以与其他原子键合。两个碳原子键合，2s 轨道与 2p 耦合，结合成 sp3、sp2和 sp 三种电子组态，形成三种键合方式，即：碳碳单键，双键及三键，如图 1.2 所示。金刚石石墨和乙炔分别是其中代表性的材料[6]。
图 1.3 石墨烯的能带结构（a）和声子结构色散关系（b）二、光学性质石墨烯的厚度只有 0.335nm，是目前发现的材料中最薄的。研究发现，烯的不透明度由精细结构常数 α 定义: α= e2/ c≈1/137（其中 c 是光数描述了光和电子之间的耦合与量子电动力学相关，与材料科学无关。烯只有一个原子厚度，但是对白色入射光的吸收率可以达到 α=2.3%），这是由石墨烯独特的电子结构形成的[11-13]，如图 1.5 所示。微镜下，由于光的干涉，石墨烯与 Si 和 SiO2对比度较大，并且随着层，对比度增强，这一点经常被利用来计算石墨烯的层数。除了在 250 紫外区出现一个较强的电子在 π-π*带间跃迁形成的吸收峰外，单层石墨~2500 nm 波长范围的光吸收率几乎相同[6]。将石墨烯独特的光学性质和相结合，在光电子器件方面应该会有巨大的应用潜力，例如在光探测器极、触摸屏等方面应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Surface plasmon resonance and electrical properties of RF: magnetron sputtered carbon–nickel composite films at different annealing temperatures[J]. Vali Dalouji,S.Mohammad Elahi,Sirvan Naderi. Rare Metals. 2016(11)
[2]具有宽光谱响应的单根GaSb纳米线基室温光电探测器（英文）[J]. 罗涛,梁博,刘哲,谢旭明,娄正,沈国震. Science Bulletin. 2015(01)
[3]硅基光子集成研究进展[J]. 周培基,李智勇,俞育德,余金中. 物理学报. 2014(10)
[4]拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J]. 吴娟霞,徐华,张锦. 化学学报. 2014(03)
[5]多孔硅的晶态结构与表征方法[J]. 吕京美,程璇. 化学进展. 2009(09)
[6]一种图案化镍/硅纳米复合体系的制备[J]. 张焕云,姜卫粉,李新建. 科学技术与工程. 2007(12)
[7]一种自支撑金纳米薄膜的制备、结构和氮吸附特性[J]. 富笑男,李新建. 物理学报. 2005(11)
[8]硅纳米孔柱阵列及其表面铜沉积[J]. 富笑男,柴花斗,李新建. 科学通报. 2005(16)
博士论文
[1]氮化镓/硅纳米孔柱阵列异质结构界面调控及其电致发光特性研究[D]. 王小波.郑州大学 2015
[2]碳基荧光材料的制备、发光机理及水相应用[D]. 朱守俊.吉林大学 2014
[3]石墨烯及石墨烯基铜/碳核壳结构材料的制备和场发射性能的研究[D]. 王淑敏.吉林大学 2013
硕士论文
[1]硅纳米孔柱阵列及其硫化镉纳米复合体系的光学特性研究[D]. 许海军.郑州大学 2005
[2]硅基发光材料的光致发光和电致发光研究[D]. 叶春暖.苏州大学 2002
本文编号：2932554
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
石墨烯构成富勒烯、碳纳米管和石墨的过程
第一章 绪论单个碳原子稳定的电子组态是 2s22p2，最外层有四个价电子可以与其他原子键合。两个碳原子键合，2s 轨道与 2p 耦合，结合成 sp3、sp2和 sp 三种电子组态，形成三种键合方式，即：碳碳单键，双键及三键，如图 1.2 所示。金刚石石墨和乙炔分别是其中代表性的材料[6]。
图 1.3 石墨烯的能带结构（a）和声子结构色散关系（b）二、光学性质石墨烯的厚度只有 0.335nm，是目前发现的材料中最薄的。研究发现，烯的不透明度由精细结构常数 α 定义: α= e2/ c≈1/137（其中 c 是光数描述了光和电子之间的耦合与量子电动力学相关，与材料科学无关。烯只有一个原子厚度，但是对白色入射光的吸收率可以达到 α=2.3%），这是由石墨烯独特的电子结构形成的[11-13]，如图 1.5 所示。微镜下，由于光的干涉，石墨烯与 Si 和 SiO2对比度较大，并且随着层，对比度增强，这一点经常被利用来计算石墨烯的层数。除了在 250 紫外区出现一个较强的电子在 π-π*带间跃迁形成的吸收峰外，单层石墨~2500 nm 波长范围的光吸收率几乎相同[6]。将石墨烯独特的光学性质和相结合，在光电子器件方面应该会有巨大的应用潜力，例如在光探测器极、触摸屏等方面应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Surface plasmon resonance and electrical properties of RF: magnetron sputtered carbon–nickel composite films at different annealing temperatures[J]. Vali Dalouji,S.Mohammad Elahi,Sirvan Naderi. Rare Metals. 2016(11)
[2]具有宽光谱响应的单根GaSb纳米线基室温光电探测器（英文）[J]. 罗涛,梁博,刘哲,谢旭明,娄正,沈国震. Science Bulletin. 2015(01)
[3]硅基光子集成研究进展[J]. 周培基,李智勇,俞育德,余金中. 物理学报. 2014(10)
[4]拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J]. 吴娟霞,徐华,张锦. 化学学报. 2014(03)
[5]多孔硅的晶态结构与表征方法[J]. 吕京美,程璇. 化学进展. 2009(09)
[6]一种图案化镍/硅纳米复合体系的制备[J]. 张焕云,姜卫粉,李新建. 科学技术与工程. 2007(12)
[7]一种自支撑金纳米薄膜的制备、结构和氮吸附特性[J]. 富笑男,李新建. 物理学报. 2005(11)
[8]硅纳米孔柱阵列及其表面铜沉积[J]. 富笑男,柴花斗,李新建. 科学通报. 2005(16)
博士论文
[1]氮化镓/硅纳米孔柱阵列异质结构界面调控及其电致发光特性研究[D]. 王小波.郑州大学 2015
[2]碳基荧光材料的制备、发光机理及水相应用[D]. 朱守俊.吉林大学 2014
[3]石墨烯及石墨烯基铜/碳核壳结构材料的制备和场发射性能的研究[D]. 王淑敏.吉林大学 2013
硕士论文
[1]硅纳米孔柱阵列及其硫化镉纳米复合体系的光学特性研究[D]. 许海军.郑州大学 2005
[2]硅基发光材料的光致发光和电致发光研究[D]. 叶春暖.苏州大学 2002
本文编号：2932554
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