基于单层石墨烯/二氧化硅/硅/多层石墨烯结构的红外增强电荷耦合器件的研究
发布时间：2021-11-15 02:25
传感器技术作为人类观察世界的主要工具,一直以来都是全世界产学研人员关注的重点。高性能的图像传感器在科研、生活、生产等方方面面都有着举足轻重的作用。现存的商用硅基探测器或多或少存在一些问题,如探测信号较弱,探测范围较窄等。如何提高硅基光电探测器的性能,是目前学界亟待解决的问题。石墨烯（Graphene）是一种新型二维材料,是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料。它有着极高的透明度和热系数,常温下电子迁移率超过14000 cm2/V·s。且石墨烯内部的光学跃迁特性,可以将光吸收波段范围拓展至红外甚至太赫兹波段。石墨烯具有良好的柔性,可以用简单的方法覆盖在其他半导体材料上,构成性能优异的石墨烯场效应晶体管（FET）、石墨烯异质结等等。基于此,本文进行了如下研究:（一）提出了基于单层石墨烯/二氧化硅/硅/多层石墨烯结构的红外增强电荷耦合器件,分析了该器件的工作原理,解释了该结构对硅基石墨烯光电探测器的提升作用。（二）设计并制备了基于单层石墨烯/二氧化硅/硅/多层石墨烯复合结构的红外增强电荷耦合器件,测试了器件的各项参数。该器件通过使用多层石墨烯与硅材料之间形成的肖特基结,...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
由石墨烯组成的各种碳材料，图中分别为单层石墨烯、A-B-A堆叠的多层石墨烯、碳纳米管以及C60[9]
浙江大学硕士学位论文绪论2图1.1石墨烯的微观基本结构[6]Fig1.1Microstructureofgraphene[6]图1.2由石墨烯组成的各种碳材料，图中分别为单层石墨烯、A-B-A堆叠的多层石墨烯、碳纳米管以及C60[9]Fig1.2Severalcarbonmaterialsconsistofgraphene:singlelayergraphene,A-B-Astackingmulti-layergraphene,carbonnanotubeandC60[9]1.1.2石墨烯的特性石墨烯是目前世界上现存最薄，同时也是最坚硬的纳米材料之一，它非常得透明，单层石墨烯对可见波段光线的吸收率仅为2.3%[7]，同时由于石墨烯具有零带隙的能带结构，
浙江大学硕士学位论文绪论4图1.3石墨烯的能带结构[10]Fig1.3Bandstructureofgraphene[10]1.2图像传感器简介图像传感器是指将真实世界的光学影像转换为可处理电学信号的设备，我们生活中的各种相机、摄影机、监视器等都包含有图像传感器。早期的图像传感器，如摄像管（videocameratube）等会采用模拟信号，如今的图像传感器基本都使用数字信号。从技术上分类图像传感器有CCD、CID、CMOS、MOS等[14]，现今市面上的图像传感器主要是互补式金属氧化物半导体有源像素传感器（CMOSActivepixelsensor）和电荷耦合器件（charge-coupleddevice,CCD）。1.2.1电荷耦合器件电荷耦合器件（CCD），是一种集成电路，由许多整齐排列的电容组成，能感应光线并转换出相应的模拟信号电流，信号电流再经过放大和模数转换，就可以实现图像的获娶传输和处理。经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。CCD是由美国贝尔实验室的两位科学家WillardSterlingBoyle和GeorgeElwoodSmith在1969年所发明的[12]。当时的贝尔实验室正在进行影像通讯和半导体气泡式存储器的相关研究。Boyle和Smith两位教授将这两种新技术结合起来，发明了一种设备，他们将之命名为“电荷气泡组件”（ChargeBubbleDevice），此即为CCD的原型[15]。两位教授凭借CCD的发明获得了2009年度诺贝尔物理学奖。
【参考文献】：
期刊论文
[1]对硅基光电子技术发展的思考[J]. 郝然. 中兴通讯技术. 2017(05)
[2]石墨烯能带结构的紧束缚近似计算[J]. 梁先庆. 广西物理. 2011(01)
[3]Ⅲ-Ⅴ族半导体全（多）光谱焦平面探测器新进展[J]. 陈良惠. 红外与激光工程. 2008(01)
[4]背照式电荷耦合器件的研制[J]. 戴丽英,刘德林,李慧蕊,钟伟俊,张心建,扬卉. 光电子技术. 2005(03)
[5]硅基红外探测器的研究进展[J]. 杨红卫,吴实. 物理与工程. 2002(03)
[6]36×36个单元电荷注入器件（CID）面阵固体摄像器的研究[J]. 半导体情报. 1979(Z1)
博士论文
[1]基于二维/三维材料异质结的新型电荷耦合器件及热电子晶体管[D]. 郭宏伟.浙江大学 2018
硕士论文
[1]基于石墨烯—硅体系的栅控二极管和电荷耦合器件[D]. 李炜.浙江大学 2018
本文编号：3495839
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
由石墨烯组成的各种碳材料，图中分别为单层石墨烯、A-B-A堆叠的多层石墨烯、碳纳米管以及C60[9]
浙江大学硕士学位论文绪论2图1.1石墨烯的微观基本结构[6]Fig1.1Microstructureofgraphene[6]图1.2由石墨烯组成的各种碳材料，图中分别为单层石墨烯、A-B-A堆叠的多层石墨烯、碳纳米管以及C60[9]Fig1.2Severalcarbonmaterialsconsistofgraphene:singlelayergraphene,A-B-Astackingmulti-layergraphene,carbonnanotubeandC60[9]1.1.2石墨烯的特性石墨烯是目前世界上现存最薄，同时也是最坚硬的纳米材料之一，它非常得透明，单层石墨烯对可见波段光线的吸收率仅为2.3%[7]，同时由于石墨烯具有零带隙的能带结构，
浙江大学硕士学位论文绪论4图1.3石墨烯的能带结构[10]Fig1.3Bandstructureofgraphene[10]1.2图像传感器简介图像传感器是指将真实世界的光学影像转换为可处理电学信号的设备，我们生活中的各种相机、摄影机、监视器等都包含有图像传感器。早期的图像传感器，如摄像管（videocameratube）等会采用模拟信号，如今的图像传感器基本都使用数字信号。从技术上分类图像传感器有CCD、CID、CMOS、MOS等[14]，现今市面上的图像传感器主要是互补式金属氧化物半导体有源像素传感器（CMOSActivepixelsensor）和电荷耦合器件（charge-coupleddevice,CCD）。1.2.1电荷耦合器件电荷耦合器件（CCD），是一种集成电路，由许多整齐排列的电容组成，能感应光线并转换出相应的模拟信号电流，信号电流再经过放大和模数转换，就可以实现图像的获娶传输和处理。经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。CCD是由美国贝尔实验室的两位科学家WillardSterlingBoyle和GeorgeElwoodSmith在1969年所发明的[12]。当时的贝尔实验室正在进行影像通讯和半导体气泡式存储器的相关研究。Boyle和Smith两位教授将这两种新技术结合起来，发明了一种设备，他们将之命名为“电荷气泡组件”（ChargeBubbleDevice），此即为CCD的原型[15]。两位教授凭借CCD的发明获得了2009年度诺贝尔物理学奖。
【参考文献】：
期刊论文
[1]对硅基光电子技术发展的思考[J]. 郝然. 中兴通讯技术. 2017(05)
[2]石墨烯能带结构的紧束缚近似计算[J]. 梁先庆. 广西物理. 2011(01)
[3]Ⅲ-Ⅴ族半导体全（多）光谱焦平面探测器新进展[J]. 陈良惠. 红外与激光工程. 2008(01)
[4]背照式电荷耦合器件的研制[J]. 戴丽英,刘德林,李慧蕊,钟伟俊,张心建,扬卉. 光电子技术. 2005(03)
[5]硅基红外探测器的研究进展[J]. 杨红卫,吴实. 物理与工程. 2002(03)
[6]36×36个单元电荷注入器件（CID）面阵固体摄像器的研究[J]. 半导体情报. 1979(Z1)
博士论文
[1]基于二维/三维材料异质结的新型电荷耦合器件及热电子晶体管[D]. 郭宏伟.浙江大学 2018
硕士论文
[1]基于石墨烯—硅体系的栅控二极管和电荷耦合器件[D]. 李炜.浙江大学 2018
本文编号：3495839
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