石墨烯與低維半導(dǎo)體材料復(fù)合光電探測(cè)的研究.pdf

1、電磁波在人們的生活中扮演著重要的角色，五彩繽紛的顏色是可見光被肉眼探測(cè)，超快的信息傳遞是無線電波被終端接收，檢查骨傷的照片是X射線在膠片上的成像。同時(shí)也可以意識(shí)到，要想充分研究和利用電磁波，其對(duì)應(yīng)的探測(cè)器也是不可或缺的。傳統(tǒng)的光電探測(cè)器大都是基于半導(dǎo)體材料，利用光電效應(yīng)等將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電學(xué)信號(hào)，然后使用儀表進(jìn)行測(cè)量。而石墨烯的出現(xiàn)，大大擴(kuò)大了光電探測(cè)器的范圍。石墨烯是人類歷史上發(fā)現(xiàn)的第一種嚴(yán)格意義上的二維材料，僅由一層碳原子組成，也是世

2、界上最薄的材料。相比于傳統(tǒng)材料，石墨烯擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，如超高的載流子遷移率，極低的載流子濃度，超強(qiáng)的機(jī)械性能，極大的比表面積以及碳材料特有的容易在表面修飾的特性等等，因此基于石墨烯的光電探測(cè)器的研究也層出不窮。特別是化學(xué)氣相沉積法在金屬表面制備大面積單層高質(zhì)量石墨烯的發(fā)現(xiàn)，使得石墨烯光電探測(cè)器與應(yīng)用僅差一步之遙。如何合理的利用石墨烯的優(yōu)秀性能，與其他材料復(fù)合，制備具有潛在應(yīng)用價(jià)值的光電探測(cè)器，成為了眾多科研工作者所研究的課題?；诖?，本論

3、文的具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1，制備了基于CVD石墨烯與參量復(fù)合氧化物量子功能材料的可見光到紫外光的一個(gè)寬譜光電探測(cè)器。本實(shí)驗(yàn)中首次將這種層數(shù)，組分可調(diào)節(jié)的高層數(shù)類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)與石墨烯結(jié)合，并利用襯底與材料之間的內(nèi)建電場(chǎng)作用，對(duì)材料本身進(jìn)行永久極化，最后光生電子在鐵電極化的輔助下轉(zhuǎn)移到石墨烯中，進(jìn)而改變石墨烯的電阻態(tài)。首次將傳統(tǒng)的雙層結(jié)構(gòu)探測(cè)器轉(zhuǎn)化為三層結(jié)構(gòu)，與對(duì)照試驗(yàn)相比，這種三層結(jié)構(gòu)將光電探測(cè)信號(hào)提高了200倍，并且性能更加穩(wěn)定

4、。
　　2，制備了基于CVD石墨烯與銳鈦礦單晶氧化鈦納米片陣列的紫外光電探測(cè)器。作為傳統(tǒng)的寬禁帶半導(dǎo)體材料，氧化鈦本身具有很好紫外吸收，并且銳鈦礦也被證實(shí)光催化效果最好。本章實(shí)驗(yàn)中首次將銳鈦礦的高米勒指數(shù)的單晶氧化鈦納米結(jié)構(gòu)與石墨烯復(fù)合，詳細(xì)的研究了石墨烯與銳鈦礦氧化鈦界面的電學(xué)輸運(yùn)性質(zhì)，并且從理論與實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方向證明了這種相互支撐的片狀結(jié)構(gòu)具有更好的紫外光吸收特性，更適合用來于石墨烯復(fù)合制備紫外光電探測(cè)器。
　　3，提出了一

5、種非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，基于外加電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的方法，將碳量子點(diǎn)排列在石墨烯電極陣列之間，最終在石墨烯電極之間形成一個(gè)濃度梯度。實(shí)驗(yàn)中用多種方法驗(yàn)證了這種非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，并研究了其電學(xué)性能。該器件具有非常好的整流效應(yīng)，開關(guān)比可達(dá)104，并且受溫度電場(chǎng)等影響非常小，并且對(duì)可見光具有很好的敏感性，光響應(yīng)可達(dá)1500A/W，并且可以響應(yīng)2500Hz的光信號(hào)。本章實(shí)驗(yàn)具有非常重要的意義，不僅制備了一個(gè)性能優(yōu)異的多功能器件，并且提供了一種簡(jiǎn)單的組裝方法，一個(gè)非對(duì)