基于周期极化铌酸锂的石墨烯光电探测研究

发布时间：2017-09-03 12:33

  本文关键词：基于周期极化铌酸锂的石墨烯光电探测研究

  更多相关文章： 石墨烯 光电探测器 周期极化 铌酸锂 铁电畴 费密面

【摘要】：石墨烯由于其所具有的优异而独特的电学和光学性能,自被发现起就引发世界范围内科研人员的广泛重视。关于其性质的研究,以及关于将其应用于各种器件上的探索不断被报道。其中,石墨烯由于在光电探测方面所具有的巨大应用潜力,而成为石墨烯应用研究中的一个重要方向。目前基于石墨烯的光电探测器件,一般是基于场效应管结构或波导结构。场效应管结构的石墨烯光电探测器需要利用金属电极和石墨烯的功函数的不同,使石墨烯能带结构在电极附近产生弯曲,从而实现对入射光激发的电子-空穴对的分离。本文对石墨烯光电探测器件进行了进一步的研究,主要内容如下：1.本文利用周期极化铌酸锂衬底对于石墨烯能带结构的调制作用,提出了一种新的石墨烯光电探测器结构。通过将石墨烯转移至周期极化铌酸锂衬底上,利用周期极化铌酸锂衬底对于石墨烯的调制,实现石墨烯的能带结构在衬底上的周期性变化。此时在不同极化方向的铌酸锂铁电畴的畴界面附近,由于石墨烯能带结构的变动,石墨烯的费密面发生了较大的改变,这种改变使得电子在通过畴界面附近时,不同的通过方向,电子的运动将受到不同的影响,电子沿某一个方向运动时受到的阻碍将比沿另一个方向运动时更小。同时,利用这种周期性的能带结构的变化,能够在不同极化方向的铌酸锂畴界面附近分离入射光在石墨烯中激发出的电子-空穴对。配合在转移有石墨烯的不同极化方向的铌酸锂铁电畴上分别沉积叉指状金属电极,使在铌酸锂铁电畴界面附近的石墨烯上被分离的电子和空穴能够分别被源极和漏极收集。与传统基于场效应管结构的石墨烯光电器件相比,当器件源极和漏极使用相同的金属材料时,这种结构可以一定程度上避免在电极与石墨烯的接触过程中,形成类似“背靠背”的pn结的结构,造成器件受入射光照射时净电流为零。从而可能相较于目前基于场效应管结构的石墨烯光电器件更高的探测效率。2.通过在周期极化铌酸锂衬底上转移石墨烯,经过光刻、电子束蒸镀等工艺之后,按设计思路制备获得基于周期极化铌酸锂衬底的石墨烯光电探测器。经过测试,发现在器件的源极和漏极之间施加不同方向偏压时,电阻会发生显著的突变。这一现象证实了周期极化铌酸锂衬底对于石墨烯能带结构的调制作用。3.在实验过程中,观察到周期极化铌酸锂衬底对于光刻胶的光学性质产生影响的现象。周期极化铌酸锂衬底对光刻胶光吸收的影响,使得光刻胶在可见光下显现出了一定的衬度,能够实现对于铌酸锂衬底的铁电畴图形非破坏性的观察,这一现象也为观察其他铁电材料的畴结构提供了一种新的思路。
【关键词】：石墨烯 光电探测器 周期极化 铌酸锂 铁电畴 费密面
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 引言11-12
• 1.2 石墨烯的基本特征12-15
• 1.3 传统半导体光电探测器15-17
• 1.4 石墨烯光电探测17-20
• 1.5 本论文的研究目的和工作内容20-22
• 参考文献22-29
• 第二章 基于周期性极化铌酸锂衬底的石墨烯光电器件的设计29-37
• 2.1 周期性极化铌酸锂和石墨烯的相互作用29-31
• 2.2 基于周期性极化铌酸锂衬底的石墨烯光电探测器设计31-34
• 2.3 本章小节34-35
• 参考文献35-37
• 第三章 实验与测试方法37-45
• 3.1 周期极化铌酸锂衬底的结构表征37-38
• 3.2 器件的电输运性能测试方法38-39
• 3.3 器件的光电性能测试方法39-40
• 3.4 实验所用仪器和试剂40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 参考文献43-45
• 第四章 基于周期性极化铌酸锂衬底的石墨烯光电器件的制备45-53
• 4.1 石墨烯的转移45-46
• 4.2 光刻46-49
• 4.3 电极的制备49-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第五章 周期极化铌酸锂与光刻胶的相互作用53-57
• 5.1 周期极化铌酸锂对光刻胶的影响53-54
• 5.2 利用光刻胶观察周期极化铌酸锂畴结构的方法54-55
• 5.3 本章小结55-57
• 第六章 基于周期极化铌酸锂衬底的石墨烯器件的物理特性57-65
• 6.1 基于周期性极化铌酸锂衬底的石墨烯器件的电输运性能表征57-61
• 6.2 基于普通铌酸锂衬底的石墨烯器件的光电性能表征61-63
• 6.3 本章小结63-65
• 第七章 结论与展望65-67
• 7.1 结论65
• 7.2 展望65-67
• 攻读硕士学位期间的学术成果67-69
• 致谢69-70

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本文编号：785046