CVD法制备石墨烯及其光电性能研究

发布时间：2017-12-19 03:27

  本文关键词：CVD法制备石墨烯及其光电性能研究

  更多相关文章： 石墨烯 CVD法 Raman光谱 场效应晶体管 PL光谱 光电性能

【摘要】：由碳原子通过sp2杂化方式相互连接构成的石墨烯,是一种具有六方点阵蜂窝状结构的二维材料。因其超高的载流子迁移率和光透过率等优点,在微电子和光电器件中有着广阔的应用前景。本文采用化学气相沉积法(CVD法)以铜箔为催化剂制备了双层的石墨烯,利用光学显微镜、扫描电子电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对石墨烯进行了结构表征与分析。实验通过光刻、ICP离子刻蚀等微电子工艺制备了石墨烯场效应晶体管(GFET),研究了石墨烯的电学性能。通过制备石墨烯/ZnO异质结和Al/ZnO/石墨烯/n-Si/Al结构的光伏器件,探索了石墨烯在光电器件上的应用。 (1)研究了氩气和氢气含量变化对石墨烯生长的影响。以(100)晶面铜箔作为石墨烯的生长衬底。借助拉曼光谱和TEM表征分析,表征了制备的石墨烯为双层结构。研究发现,氢气量的减少或氩气量的增加有利于减小石墨烯的缺陷。 (2)通过对制备的GFET器件进行电学输运性能测量,研究了所制备石墨烯的导电类型、载流子浓度、迁移率等半导体参量。其转移特性曲线(IDS-VGS)表明所制备的石墨烯表现为p型输运特性。通过对GFET器件进行真空(104Pa)退火,研究了退火时间和温度(100～40℃)对石墨烯输运特性的影响。实验发现,当退火温度为200℃时,石墨烯的空穴载流子迁移率最佳；而开关比(ON-OFF ratio)随着温度增加而不断减小。 (3)研究了石墨烯/ZnO异质结的光致发光及光电特性。首先对磁控溅射制备的ZnO薄膜在氧气环境下进行退火(500-1000℃)处理,发现其PL光谱在900℃退火时有最佳的发光性能。ZnO/Graphene异质结的PL光谱表明,石墨烯对900℃退火下ZnO薄膜的本征激子发光(380nm)增强效果很明显,其中单层石墨烯可对其PL强度提高两倍。最后通过制备Al/ZnO/Graphene/n-Si/Al光电原型器件研究了石墨烯/ZnO异质结的光电特性。分析了改变ZnO薄膜的厚度对器件的光电性能的影响。结果表明,在ZnO的厚度30nm时器件具有最佳的光电性能。
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O613.71

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本文编号：1306738