低维全碳复合材料的光电性能研究

发布时间：2025-07-08 22:48

　　低维碳纳米材料,如零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯等,因其特殊的能带结构和优异的电学和光电性能,一直备受研究者的青睐。特别是2004年石墨烯被发现后,重新掀起了碳纳米材料的研究热潮。单一材料在面向应用时,常受限于其“短板效应”,比如石墨烯具有超高迁移率,但其零带隙限制了它在逻辑电路中的应用。近年来,低维范德瓦尔斯异质结的提出,可以有效的“取长补短”,将两种材料的性能优势进行耦合,研究两种材料的界面物性,成为构建新型功能器件的新途径。在本文中,作者以低维碳纳米材料为基础,构筑了低维全碳复合薄膜或异质结构,系统地研究了材料界面的静态和动态载流子动力学,成功构筑了高性能光电探测器,并对其物理机制进行了深入分析。按照研究材料,论文可以分为两大部分,第一部分主要是基于OD C60FET和0D C60/2D graphene全碳复合薄膜的紫外光电探测研究。石墨烯零带隙结构使它能够实现宽谱吸收,特别是在马鞍点处具有光子吸收极值,使石墨烯成为了紫外探测器的优选材料。但受限于石墨烯单原子层吸收和超快的载流子弛豫过程,基于纯石墨烯的光电器件其响应度较低。C60在紫外波段具有超强光吸收,且具有类似石...

【文章页数】：116 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．丨碳的同素异形体

碳材料是目前唯?＊种涵盖零维（ｚｅｒｏ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ，０Ｄ）、一维（ｏｎｅ??ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ，ＩＤ）、二维（ｔｗｏ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ，２Ｄ）和三维（ｔｈｒｅｅ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ，３Ｄ）??的元素，见图１．１。碳原子之间可以通过不同的杂化方式（ｓｐ、ｓ....

图１．２石墨烯的吸光率［４２］??石墨烯还具有优异的热学性能

由于石墨烯是一种低噪声的电学材料，不仅可以用于化学传感，也可用于在??外电场、磁场或者应力状态下的局部探测器。石墨烯具有优异的光学性能，理论??和实验结果表明，单层石墨烯可吸收２．３％的可见光，即透过率为９７．７％，图１．２??所示，从单层石墨烯、双层和多层石墨烯可见光投射率依次....

图１．３?（ａ）固相机械剥离法制备的单层石墨烯（ｂ）液相剥离法制备石墨烯［４５］??

种可大批量获得石墨烯的制备方法。和固相机械剥离不同，液相剥离是指将石墨??在有机溶剂中分散，在石墨层间插入官能团，削弱其范德华力，进行超声剥离分??散，获得石墨烯，其制备原理如图１．５ｂ所示［４４］。Ｄａｉ等人首次报道了利用硫酸??和硝酸对膨胀石墨进行化学插层［４５］，重组再超声....

图１．５?（ａ）和（ｂ）?Ｐｔ接触的碳纳米管ＦＥＴ结构和示意图（ｃ）器件在不同栅压下的输出曲线??Ｐｔ、Ａｕ等贵金属虽然稳定，但其功函数较大，在与碳纳米管接触时会形成??

肖特基势垒，严重影响碳纳米管的电学性能。２００３年，Ｄａｉ课题组利用金属钯??（Ｐｄ）作为接触电极，Ｐｄ与碳管具有良好的浸润性，因此形成了非常好的欧姆??接触，实现了碳纳米管Ｐ型的弹道运输（如图１．６所示），大幅度提高了器件的??电学性能［３］。理论上，碳纳米管具有对称的ｎ型和ｐ....

本文编号：4056735