石墨烯纳米墙薄膜的微纳加工技术及其红外探测器研究

发布时间：2025-06-27 22:51

　　红外探测技术将人类的视觉认知从可见光拓展到红外波段,制备高性能的红外探测器,材料的选择是相当重要的。如今,石墨烯纳米墙薄膜优异的光学、电学性能一直为红外探测器的发展提供新的方向,然而石墨烯纳米墙薄膜红外探测器的相关研究仍然处在初始阶段。为此,本论文对石墨烯纳米墙薄膜的微纳加工技术进行了研究并优化,并在此基础上制备了红外探测器。具体的研究成果如下:1、石墨烯纳米墙薄膜的生长与表征。使用射频等离子体增强化学气相沉积技术在不同基底上合成了石墨烯纳米墙薄膜并对其生长原理进行了研究。同时,使用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱、原子力显微镜(AFM)这些表征仪器分析了石墨烯纳米墙薄膜的形貌特征及结构。2、石墨烯纳米墙薄膜的微纳加工工艺优化。首先利用双层胶工艺以及反应离子刻蚀技术进行了石墨烯纳米墙薄膜的图形化工艺优化,得到了边界清晰、形貌完整的石墨烯纳米墙薄膜条带沟道。此外,针对石墨烯纳米墙薄膜与聚合物薄膜PDMS的微桥工艺问题,选用了容易释放的二氧化硅与绝缘性好的氮化硅作为底层基底支撑材料。利用氧气等离子刻蚀技术使得PDMS由疏水性变成亲水性改善了石墨烯纳米墙薄膜与PDMS的工艺兼容性问题。分析了...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1石墨烯的结构[3]。(a)晶格结构;(b)布里渊区示意图

2004年,石墨烯被研究人员使用机械剥离的技术首次获得[1]。它是由纯碳原子构成的复式六角晶格[2],结构如图1-1所示[3]。如图1-1(a)所示为石墨烯的晶格结构,可以看出两个碳原子的间距相同,每个碳原子是以sp2杂化的方式连接在一起。a1和a2为石墨烯的原胞基矢,其原胞为菱....

图1-2石墨烯的三维能带结构图[3]

石墨烯除了具有非常优越的光学性能以外,还有非常优越的电子性质。如图1-2所示是石墨烯的三维能带结构[3],从中可以看出,石墨烯的导带和价带在布里渊区边界相交[3]。交点处态密度为零,因为这个原因,石墨烯也被叫做半金属。进一步的研究表明,交点处也叫狄拉克点(Diracpoint)....

图1-3光电探测器的分类

光电探测器是可以用来检测光存在的器件,能识别光信号并将其转换成电流等电学信号。光电探测器的发展非常迅速,根据探测机理的物理效应分类,如图1-3所示。光电探测器可分为两大类:一类是光子探测器;光子探测器又可分为光电导、光电二极管和光电三极管。光子型探测器是基于各类效应制成的探测器。....

图1-4石墨烯光电探测器。(a)基于石墨烯的光电探测器[12];(b)不对称电极结构的光电探测器[13]

2009年,Xia等人做成了第一个石墨烯光电探测器[12],如图1-4(a)所示。Rg表示石墨烯电阻,Cp为两个电极之间的电容,Cg为石墨烯间的电容。文中分别在光照和黑暗下两种情况下对探测器的性能进行了检测。石墨烯作为吸光层,通过调节背栅偏压来控制金属/石墨烯间的势垒高度来改变沟....

本文编号：4054010