基于化学气相沉积法生长石墨烯的光电探测器

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1、中文图书分类号：TN248.4密级：公开UDC：621.38学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：基于化学气相沉积法生长石墨烯的光电探测器论文作者：刘奇学科：电子科学与技术指导教师：徐晨教授论文提交日期：2016年6月UDC：621.38学校代码：10005中文图书分类号：TB383学号：S201302053密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目:基于化学气相沉积法生长石墨烯的光电探测器英文题目:APHOTODETECTOROFGRAPHENEGR

2、OWNBYCHEMICALVAPORDEPOSITION论文作者:刘奇学科专业:电子科学与技术研究方向:半导体光电子学申请学位:工学硕士指导教师:徐晨教授所在单位:电子信息与控制工程学院答辩日期:2016年6月授予学位单位:北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果.尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料.与我一同工作的同志对本

3、研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意.签名:刘奇日期:2016年6月5日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文.(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名:刘奇日期:2016年6月5日导师签名:徐晨日期:2016年6月5日摘要摘要无论对于电子器件还是光电器件来说，石墨烯都是很有前景的一种材料。零带隙的结构，使石墨烯

4、可以在很宽的能量频谱范围内（如紫外光、可见光、红外光甚至太赫兹）吸收光。石墨烯还具有极高的载流子迁移率，可以用于制备超快探的光电器件。现有的石墨烯光电探测器大多采用机械剥离石墨的方法获得石墨烯，不利于批量生产和应用。响应度也比较低，因而在测试中使用聚焦激光束。本文采用的是金属催化CVD生长的石墨烯，利用场效应背栅结构制备了石墨烯红外光电探测器。研究了器件结构设计、制备工艺和测试及器件响应机理。器件有较高的响应度，在非聚焦红外激光和可见光下有明显的光响应。本文主要的研究内容如下：(1)探测器所用石

5、墨烯由金属催化CVD生长，针对生长过程中所使用的不同催化剂金属，研究了转移工艺的多个环节，如涂胶、烘烤、腐蚀和清洗。解决了石墨烯破损和污染所带来的狄拉克点移动、迁移率变化等问题，得到了合适的转移石墨烯工艺，并用场效应和拉曼测试的方法检验转移石墨烯的质量。(2)设计了场效应背栅结构的石墨烯光电探测器，确定了探测器的关键结构参数，如栅氧化层厚度，各电极间距，电极与石墨烯接触的大小。研究了石墨烯受光部分形状对探测性能的影响，虽然石墨烯长宽比较大的器件响应时间快、光电流与暗电流的比值也较大，但工艺难度更

6、大，经实验最终确定了合适的尺寸。(3)研究了提高器件可靠性的方法。因电极台阶过高，可能对石墨烯薄膜造成断裂或破损等问题。为此提出了一种平面电极的制作方法，有效地克服了这一问题。（4）研究了器件的光电响应。选用790nm红外激光和白光作为测试光源，发现只有在施加源、漏偏置时，才有明显的光电响应，光电流与偏置成正比。通过理论分析与计算，认为光电流产生的机理主要是光电导效应和热辐射效应同时在起作用。响应大小与背栅压有关，不同栅压下，起主导作用的机理不同。在正栅压15V以上时，光电流为正值，此时光电导起

7、主要作用。而正栅压在15V以下及负栅压时，光电流为负值，此时热辐射效应起主要作用。在正栅电压使石墨烯的费米能级处于达狄拉克点时，光电流信号为正向最大值。在790nm的红外2激光功率密度为500mW/cm，光源距离器件1cm条件下，正向光电流为最大值-I-9.23μA，计算得到器件的响应度为104mA/W。关键词:石墨烯，CVD，光电探测器-II-AbstractAbstractGrapheneisanattractivematerialforbothelectronicandoptoelectr

8、onic.Grapheneisagaplessmaterial,soitcanabsorbthelightoverawideenergyrangeofthespectrum,suchasultravioletlight,visiblelight,infraredlightandeventerahertz.Inaddition,graphenealsoexhibitedextremelyhighcarriermobility,soitcanbeusedinultrafastoptoelectron