基于石墨烯-金属接触结构的气体传感器制备及其特性研究

发布时间：2024-04-01 21:08

　　石墨烯因其优异的电学性能和材料性能被广泛应用于气体传感器中。通过构建石墨烯异质结来改善石墨烯气敏性能已经被证明是一种有效的方法。最新的实验研究表明石墨烯-镍(G/Ni)接触结构对氨气的检测效果明显优于纯石墨烯,而导致这种结果的原因在于石墨烯与金属镍形成了较强的化学键从而影响了石墨烯对氨气的吸附。但是大多数金属与石墨烯接触只能形成物理接触结构。这些物理接触结构对石墨烯的气体吸附是否有影响以及如何产生影响,当前并没有答案。因此,基于石墨烯-金属(G/M)接触结构对石墨烯气体吸附行为的影响是一个值得深入探讨和研究的问题。本论文针对上述提到的问题,选择与石墨烯发生物理接触的金属构建G/M接触结构气体传感器来探究其气敏特性。首先通过理论推导构建石墨烯吸附气体与G/M接触结构电阻率变化这两者之间的函数关系,然后设计并制备基于G/M接触结构的气体传感器,最后对其气敏特性进行研究。通过理论计算和对相应器件的实际测试,分别得出了理想和实际情况下的石墨烯-金属接触结构的气体吸附特性和气敏特性,为石墨烯气体传感器的发展提供了的理论支撑。具体研究内容和工作如下:1、G/M接触结构气体吸附特性的理论计算。选择A...

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1狄拉克点附近的能带结构和费米面随掺杂移动示意图

第1章绪论21.1.2石墨烯的电子能带结构半导体的电子能带结构往往决定着半导体的大多数性质。例如石墨烯的电学性质和光学性质与石墨烯的电子能带结构就有着非常大的联系。正如之前提到的，石墨烯内部的碳原子排列非常规律，导致石墨烯中的电子所受到的外界影响就非常小，同时这种碳原子的排布结构....

图2-2不同G/M接触结构的电阻率(ρC)与石墨烯的费米能级变化量(△EF)变化之间的关系曲线

第2章基于石墨烯-金属接触结构的气体传感器理论计算和分析6场的情况下石墨烯相对于狄拉克点的费米能级变化量。表2-1不同金属的功函数、石墨烯与金属的接触平衡距离、费米能级差[30-33]金属Wm()eV()eVFmE)(eqd(eV)FEPt6.139.743.300.33Au5.....

图2-3石墨烯的费米能级变化量与石墨烯载流子浓度变化量之间的关系

第2章基于石墨烯-金属接触结构的气体传感器理论计算和分析8之间的关系曲线。两种曲线之间的联系就在于石墨烯的费米能级是否在吸附不同类型气体时出现了掺杂类型的反转。若未出现，则石墨烯的费米能级变化量单调增加或减少；若出现，则石墨烯的费米能级变化量呈现反转趋势。图2-3石墨烯的费米能级....

图2-4五种石墨烯-金属接触结构吸附N型和P型气体时石墨烯载流子浓度变化量与接触电阻率之间的关系

第2章基于石墨烯-金属接触结构的气体传感器理论计算和分析9烯载流子浓度(△n)变化量之间的关系。利用上述公式(2.5)，我们可以计算出不同G/M接触结构在吸附不同类型气体时的接触电阻率变化。不同的石墨烯-金属接触结构吸附不同类型气体时，石墨烯中载流子浓度变化量与接触电阻率之间的关....

本文编号：3945315