石墨烯與低維半導體材料復合光電探測的研究.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，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。同時也可以意識到，要想充分研究和利用電磁波，其對應的探測器也是不可或缺的。傳統的光電探測器大都是基于半導體材料，利用光電效應等將光信號轉化成電學信號，然后使用儀表進行測量。而石墨烯的出現，大大擴大了光電探測器的范圍。石墨烯是人類歷史上發現的第一種嚴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。相比于傳統材料，石墨烯擁有眾多優點，如超高的載流子遷移率，極低的載流子濃度，超強的機械性能，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器的研究也層出不窮。特別是化學氣相沉積法在金屬表面制備大面積單層高質量石墨烯的發現，使得石墨烯光電探測器與應用僅差一步之遙。如何合理的利用石墨烯的優秀性能，與其他材料復合，制備具有潛在應用價值的光電探測器，成為了眾多科研工作者所研究的課題?；诖?，本論

3、文的具體研究內容如下:
　　1，制備了基于CVD石墨烯與參量復合氧化物量子功能材料的可見光到紫外光的一個寬譜光電探測器。本實驗中首次將這種層數，組分可調節的高層數類鈣鈦礦結構與石墨烯結合，并利用襯底與材料之間的內建電場作用，對材料本身進行永久極化，最后光生電子在鐵電極化的輔助下轉移到石墨烯中，進而改變石墨烯的電阻態。首次將傳統的雙層結構探測器轉化為三層結構，與對照試驗相比，這種三層結構將光電探測信號提高了200倍，并且性能更加穩定

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器。作為傳統的寬禁帶半導體材料，氧化鈦本身具有很好紫外吸收，并且銳鈦礦也被證實光催化效果最好。本章實驗中首次將銳鈦礦的高米勒指數的單晶氧化鈦納米結構與石墨烯復合，詳細的研究了石墨烯與銳鈦礦氧化鈦界面的電學輸運性質，并且從理論與實驗兩個方向證明了這種相互支撐的片狀結構具有更好的紫外光吸收特性，更適合用來于石墨烯復合制備紫外光電探測器。
　　3，提出了一

5、種非對稱的結構，基于外加電場驅動的方法，將碳量子點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濃度梯度。實驗中用多種方法驗證了這種非對稱的結構，并研究了其電學性能。該器件具有非常好的整流效應，開關比可達104，并且受溫度電場等影響非常小，并且對可見光具有很好的敏感性，光響應可達1500A/W，并且可以響應2500Hz的光信號。本章實驗具有非常重要的意義，不僅制備了一個性能優異的多功能器件，并且提供了一種簡單的組裝方法，一個非對