石墨烯在石英衬底上的可控制备及其在太赫兹波段发射与调制特性研究
发布时间：2022-12-22 04:23
石墨烯自2004年被首次机械剥离得到以来,以其独特的零带隙能带结构、高载流子迁移率、线性的能量色散等优异性质,被广泛应用于光调制器、太阳能电池、晶体管、光探测器等领域。在基于石墨烯的光电子器件的应用中,往往需要首先通过刻蚀技术将石墨烯薄膜从金属衬底转移至介电衬底上进行光电应用,因此在该转移过程中就会不可避免的引入杂质、缺陷等因素,降低石墨烯的质量。故而研究者尝试使用直接生长的办法在介电衬底上直接制备石墨烯薄膜。在介电衬底材料中,石英具有宽波段的优良的光学性能,且热膨胀系数低,且已成为基于石墨烯的光电应用中保持高透过率的常用衬底之一,在许多光电器件中被广泛应用,因此研究石墨烯在石英衬底上的可控制备具有重要意义。目前太赫兹（THz）技术在高速光通信、生物医学、时域光谱、化学传感等领域展现出优异的应用前景,但制约太赫兹技术进一步发展的主要因素之一是该波段功能器件的匮乏,因此寻找在太赫兹波段工作的高性能的材料和器件至关重要。由于石墨烯具有高的载流子迁移率,且动量弛豫速率低,同时它的等离子体波也位于太赫兹波段,所以大量的研究表明具有优异光电性质的石墨烯可被用于产生太赫兹波,这也为其在新型太赫兹辐...
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 石墨烯的结构与性质
1.2 石墨烯制备的研究现状
1.3 石墨烯的太赫兹发射特性研究现状
1.4 石墨烯的太赫兹调制特性研究现状
1.5 本文选题的目的和意义
第二章 太赫兹辐射的物理机理和光调制的物理基础
2.1 太赫兹辐射的物理机理
2.2 飞秒光激发下的石墨烯非线性光电流效应
2.3 石墨烯调制太赫兹波的物理机理
2.4 本章小结
第三章 常压化学气相沉积法在石英衬底上制备石墨烯薄膜
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验装置
3.2.2 常压化学气相沉积法制备石墨烯薄膜
3.2.3 石墨烯的表征方法
3.3 石墨烯薄膜的生长参数优化
3.3.1 生长温度的优化
3.3.2 前驱体浓度的优化
3.3.3 生长时间的优化
3.3.4 生长过程中载气比例的优化
3.3.5 高质量双层石墨烯的制备与表征
3.4 生长机理分析
3.4.1 在介电衬底上生长石墨烯的动力学过程分析
3.4.2 氢气在石墨烯生长中的催化与刻蚀作用
3.5 直接生长的石墨烯薄膜的光电性能测试
3.6 本章小结
第四章 抽滤法在石英衬底上制备还原氧化石墨烯薄膜
4.1 引言
4.2 材料制备方法
4.2.1 改良的Hummers法制备氧化石墨烯粉末
4.2.2 抽滤法制备石墨烯薄膜
4.3 氧化石墨烯薄膜和还原氧化石墨烯薄膜的表征
4.3.1 形貌表征
4.3.2 厚度表征
4.3.3 组分含量表征
4.4 本章小结
第五章 还原氧化石墨烯薄膜的太赫兹发射特性研究
5.1 引言
5.2 还原氧化石墨烯薄膜的太赫兹发射光谱特性
5.2.1 太赫兹发射光谱系统
5.2.2 太赫兹辐射的探测方式
5.2.3 太赫兹发射光谱测试
5.3 实验结果与讨论
5.3.1 还原氧化石墨烯薄膜的太赫兹辐射特性与温度及薄厚的关系
5.3.2 还原氧化石墨烯薄膜的太赫兹辐射特性与泵浦光强的关系
5.3.3 还原氧化石墨烯薄膜的太赫兹辐射特性与泵浦偏振的关系
5.3.4 还原氧化石墨烯薄膜的太赫兹辐射特性与样品方位角的关系
5.4 还原氧化石墨烯薄膜的非线性光电流效应
5.5 本章小结
第六章 石墨烯-超材料结构在太赫兹波段的设计及仿真
6.1 引言
6.2 超材料的设计分析方法
6.2.1 时域有限差分法
6.2.2 有限元法
6.3 石墨烯超材料的CST仿真模拟结果
6.3.1 石墨烯微米条带的光调制特性
6.3.2 石墨烯复合金属超材料结构的光调制特性
6.4 本章小结
第七章 石墨烯-超材料光调制器的加工制作
7.1 微纳加工技术
7.1.1 光刻技术
7.1.2 电子束曝光技术
7.1.3 聚焦离子束曝光技术
7.1.4 其他曝光技术
7.2 石墨烯-超材料光调制器件的加工流程
7.3 石墨烯-超材料结构的加工实现方案
7.3.1 L-Edit设计不同图层的版图结构
7.3.2 基底处理与标记
7.3.3 石墨烯层的转移与结构制备
7.3.4 金属结构层的制备
7.3.5 金属电极层的制备
7.4 基于石墨烯-超材料的电光调制器的制作
7.4.1 固态电解质的制备
7.4.2 调制器的组装
7.5 本章小结
第八章 石墨烯-超材料电光调制器的角度依赖调制特性研究
8.1 太赫兹时域光谱测试系统
8.2 石墨烯微米条带的电光调制特性
8.2.1 器件结构及电学响应
8.2.2 角度依赖电光调制响应特性
8.3 石墨烯复合金属超材料的角度依赖调制响应
8.3.1 器件结构及电学响应
8.3.2 角度依赖电光调制响应特性
8.4 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间取得的科研成果
作者简介
本文编号：3723442
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 石墨烯的结构与性质
1.2 石墨烯制备的研究现状
1.3 石墨烯的太赫兹发射特性研究现状
1.4 石墨烯的太赫兹调制特性研究现状
1.5 本文选题的目的和意义
第二章 太赫兹辐射的物理机理和光调制的物理基础
2.1 太赫兹辐射的物理机理
2.2 飞秒光激发下的石墨烯非线性光电流效应
2.3 石墨烯调制太赫兹波的物理机理
2.4 本章小结
第三章 常压化学气相沉积法在石英衬底上制备石墨烯薄膜
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验装置
3.2.2 常压化学气相沉积法制备石墨烯薄膜
3.2.3 石墨烯的表征方法
3.3 石墨烯薄膜的生长参数优化
3.3.1 生长温度的优化
3.3.2 前驱体浓度的优化
3.3.3 生长时间的优化
3.3.4 生长过程中载气比例的优化
3.3.5 高质量双层石墨烯的制备与表征
3.4 生长机理分析
3.4.1 在介电衬底上生长石墨烯的动力学过程分析
3.4.2 氢气在石墨烯生长中的催化与刻蚀作用
3.5 直接生长的石墨烯薄膜的光电性能测试
3.6 本章小结
第四章 抽滤法在石英衬底上制备还原氧化石墨烯薄膜
4.1 引言
4.2 材料制备方法
4.2.1 改良的Hummers法制备氧化石墨烯粉末
4.2.2 抽滤法制备石墨烯薄膜
4.3 氧化石墨烯薄膜和还原氧化石墨烯薄膜的表征
4.3.1 形貌表征
4.3.2 厚度表征
4.3.3 组分含量表征
4.4 本章小结
第五章 还原氧化石墨烯薄膜的太赫兹发射特性研究
5.1 引言
5.2 还原氧化石墨烯薄膜的太赫兹发射光谱特性
5.2.1 太赫兹发射光谱系统
5.2.2 太赫兹辐射的探测方式
5.2.3 太赫兹发射光谱测试
5.3 实验结果与讨论
5.3.1 还原氧化石墨烯薄膜的太赫兹辐射特性与温度及薄厚的关系
5.3.2 还原氧化石墨烯薄膜的太赫兹辐射特性与泵浦光强的关系
5.3.3 还原氧化石墨烯薄膜的太赫兹辐射特性与泵浦偏振的关系
5.3.4 还原氧化石墨烯薄膜的太赫兹辐射特性与样品方位角的关系
5.4 还原氧化石墨烯薄膜的非线性光电流效应
5.5 本章小结
第六章 石墨烯-超材料结构在太赫兹波段的设计及仿真
6.1 引言
6.2 超材料的设计分析方法
6.2.1 时域有限差分法
6.2.2 有限元法
6.3 石墨烯超材料的CST仿真模拟结果
6.3.1 石墨烯微米条带的光调制特性
6.3.2 石墨烯复合金属超材料结构的光调制特性
6.4 本章小结
第七章 石墨烯-超材料光调制器的加工制作
7.1 微纳加工技术
7.1.1 光刻技术
7.1.2 电子束曝光技术
7.1.3 聚焦离子束曝光技术
7.1.4 其他曝光技术
7.2 石墨烯-超材料光调制器件的加工流程
7.3 石墨烯-超材料结构的加工实现方案
7.3.1 L-Edit设计不同图层的版图结构
7.3.2 基底处理与标记
7.3.3 石墨烯层的转移与结构制备
7.3.4 金属结构层的制备
7.3.5 金属电极层的制备
7.4 基于石墨烯-超材料的电光调制器的制作
7.4.1 固态电解质的制备
7.4.2 调制器的组装
7.5 本章小结
第八章 石墨烯-超材料电光调制器的角度依赖调制特性研究
8.1 太赫兹时域光谱测试系统
8.2 石墨烯微米条带的电光调制特性
8.2.1 器件结构及电学响应
8.2.2 角度依赖电光调制响应特性
8.3 石墨烯复合金属超材料的角度依赖调制响应
8.3.1 器件结构及电学响应
8.3.2 角度依赖电光调制响应特性
8.4 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间取得的科研成果
作者简介
本文编号：3723442
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