石墨烯硅基光电二极管的研究

发布时间：2017-09-25 08:36

  本文关键词：石墨烯硅基光电二极管的研究

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【摘要】：石墨烯是由单层碳原子密堆成二维蜂窝状晶格结构的一种新型碳材料。石墨烯因为其特殊的原子结构,相比现有的大部分金属和半导体材料,具有极高的载流子迁移率、超高的电子运动速度,良好的透光率,优秀的力学性质以及很好的导热性等优点,自从其被发现一来受到科研工作者广泛的关注。本论文研究石墨烯/硅光电二极管的微纳加工工艺,优化结构改进石墨烯／硅光电二极管响应度以及光电转换效率。主要的研究结果如下：(1)研究了石墨烯/硅光电二极管的制作工艺和性能分析。用拉曼,AFM和SEM等方法表征石墨烯质量和Gr/Si器件结构。分析了器件的Ⅰ-V特性,抽取出二极管的重要参数,讨论光强和偏压对器件电流密度和响应度的影响。测试器件的光电转换效率,响应速度,研究其影响因素。研究器件的光电增益,计算大偏压下的倍增因子。(2)研究了硅量子点／石墨烯／硅(SiQDs/Gr/Si)异质结的制备与性能分析。首先,研究了硅量子点薄膜的旋涂工艺和器件的制备工艺。然后测试了硅量子点／石墨烯／硅异质结的响应度,量子效率,响应速度以及噪声特性。最后分析了硅量子点在增大响应度的过程中的机理。我们认为硅量子点的作用有三点：1.硅量子点本身具有能量下转换作用,能够在紫外波段提高器件的响应度；2.硅量子点薄膜具有光学减反作用,增强整个波段的响应；3.硅量子点跟石墨烯之间发生了电荷转移,使得石墨烯／硅之间有更大的势垒高度,增强了器件对光生载流子的分离效率和加快电荷输运。
【关键词】：石墨烯 肖特基结 光电二极管 硅量子点
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN31
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-25
• 1.1 石墨烯的发现11
• 1.2 石墨烯的结构和性质11-15
• 1.3 石墨烯的制备方法15-18
• 1.3.1 微机械剥离法15-16
• 1.3.2 化学气相沉积(CVD)法16-17
• 1.3.3 氧化还原法17
• 1.3.4 其他方法17-18
• 1.4 国内外研究现状18-23
• 1.4.1 化学掺杂石墨烯太阳能电池19-20
• 1.4.2 回路循环增益石墨烯光电探测器20-21
• 1.4.3 等离子体增强的石墨烯光电探测器21-23
• 1.4.4 共振腔增强的石墨烯光探测器23
• 1.5 本文的创新点和主要内容23-25
• 2 石墨烯硅光电二极管的研究25-47
• 2.1 Gr/Si光电二极管的工作原理25-27
• 2.2 Gr/Si光电二极管的制备过程27-32
• 2.2.1 实验材料27
• 2.2.2 制备仪器设备27-30
• 2.2.3 工艺流程30-32
• 2.3 材料和器件表征32-35
• 2.4 石墨烯硅光电二极管的性能和分析35-45
• 2.4.1 Gr/Si肖特基结参数35-37
• 2.4.2 光强、偏压对Gr/Si电流密度和响应度的影响37-38
• 2.4.3 Gr/Si的光电转换效率38-40
• 2.4.4 Gr/Si的响应速度40-42
• 2.4.5 Gr/Si的光电增益42-45
• 2.5 本章小结45-47
• 3 硅量子点/石墨烯/硅异质结的研究47-70
• 3.1 引言47
• 3.2 SiQDs/Gr/Si异质结的制备和表征47-54
• 3.2.1 SiQDs制备过程47-48
• 3.2.2 SiQDs结构表征和性能48-50
• 3.2.3 SiQDs/Gr/Si制备工艺50-51
• 3.2.4 SiQDs/Gr/Si表征51-54
• 3.3 SiQDS/Gr/Si的性能54-61
• 3.3.1 SiQDs膜厚与响应度的关系54-55
• 3.3.2 器件的光电转换效率55-57
• 3.3.3 器件的响应速度57-60
• 3.3.4 器件的噪声和探测度60-61
• 3.4 SiQDs作用机理分析61-68
• 3.5 本章小结68-70
• 4 总结和展望70-73
• 参考文献73-81
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果81

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