石墨烯的光电特性及其探测器技术

发布时间：2017-09-05 12:06

  本文关键词：石墨烯的光电特性及其探测器技术

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【摘要】：石墨烯是单层碳原子构成的二维材料,具有电子迁移率高、光透过率高、热导率高、光谱吸收范围广以及石墨烯的费米能级可调等特性,因此石墨烯在传感器、能源、信息等领域具有十分广泛的应用前景。将石墨烯转移至半导体表面形成肖特基结能有效提高器件的光电响应速度和灵敏度。但是石墨烯/半导体肖特基结光电探测器的光吸收层为半导体,光谱响应受到半导体材料的限制。因此本文尝试制备InAs/GaAs量子点-石墨烯复合结构肖特基光电探测器,通过量子点的引入来提高探测器的灵敏度和响应光谱。本文研究的主要内容如下:1)对金属/半导体肖特基结和石墨烯/半导体肖特基结的研究进展给予了详细介绍,对器件的工作原理和光电流响应机制进行了详细分析。2)为了制备质量较好的InAs/GaAs量子点-石墨烯复合结构肖特基结,对石墨烯转移工艺进行了改进,优化了器件制备的工艺参数,成功制备出质量较好的器件。3)对InAs/Ga As量子点-石墨烯复合结构肖特基结暗电流变温特性进行研究,发现随着温度的降低,肖特基结的导通电压升高,理想因子升高,势垒高度降低,在常温下器件理想因子为2.60、势垒高度为0.69eV。4)对器件的光电流响应进行了测试,得到在不同功率和不同偏压下光电流响应曲线,并用能带理论对光电流响应机制进行讨论。5)对器件的光谱响应进行测试,测试波长范围为400nm-1100nm,器件在波长范围为400nm-950nm有较强的响应,在0偏压下光谱响应响应峰值为0.18A/W。本文通过对InAs/GaAs量子点-石墨烯复合结构肖特基结器件的研究,讨论了量子点对器件的影响,进一步完善了石墨烯/半导体肖特基结光电传感器件的研究,优化了工艺制备流程和参数,对石墨烯二维材料用于制备快速响应、低成本、宽光谱、高量子效率的光电传感器具有重要的学术价值。
【关键词】：石墨烯 肖特基结 砷化镓 砷化铟 量子点
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN36;TQ127.11
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章：绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 石墨烯/半导体肖特基结的研究现状11-18
• 1.3 石墨烯/半导体肖特基结应用于光电探测器的研究现状18-20
• 1.4 本文主要研究内容20
• 1.5 本章小结20-22
• 第二章：肖特基光电探测器的基本原理与特性分析22-50
• 2.1 金属/半导体肖特基结22-33
• 2.1.1 金属/半导体肖特基结参数计算22-26
• 2.1.2 金属/半导体肖特基结I-V特性26-30
• 2.1.3 金属/半导体肖特基二极管光电响应特性30-32
• 2.1.4 光电探测器参数32-33
• 2.2 石墨烯/半导体肖特基结33-48
• 2.2.1 石墨烯33-39
• 2.2.2 石墨烯/半导体（G/S）肖特基结39-46
• 2.2.3 石墨烯/半导体肖特基结光电特性46-48
• 2.3 本章小结48-50
• 第三章：基于InAs/GaAs量子点-石墨烯复合结构的肖特基器件的制备50-54
• 3.1 InAs/GaAs量子点衬底的制备50-51
• 3.2 器件结构及制备流程51
• 3.3 工艺参数51-53
• 3.3.1、GaAs的腐蚀52
• 3.3.2、欧姆接触的制备52
• 3.3.3、氧化铝的生长与腐蚀52-53
• 3.3.4、石墨烯的转移53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章：结果与分析54-62
• 4.1 暗电流特性54-57
• 4.2 光电流响应57-60
• 4.3 光谱响应60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章：总结与展望62-64
• 5.1 总结62
• 5.2 展望62-64
• 参考文献64-68
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果68

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