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半导体基大面积纳米石墨烯膜的转移制备及其光电特征

作　者: 公金辉
导　师: 张新宇
学　校: 华中科技大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 纳米石墨烯光电性质图形化透明电极无线功率传输与控制
分类号: TN304
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着纳米技术的发展，具有几个甚至单原子层厚度的石墨烯被证明是一种具备特殊光学、光电和电学性能的二维纳米材料。本征纳米石墨烯材料可作为零带隙的半导体材料且具有极高的透光性，以及极大的电子迁移率。依据其特殊的零带隙结构和超宽谱属性，纳米石墨烯具有作下一代光电探测器以及其他光电功能材料的潜力。由于石墨烯的高透光性和极好的导电性，其可以作为透明电极材料来代替传统的，电导率相对较小的材料如氧化铟锡(即ITO材料)等。图形化的石墨烯模可被用于电控液晶透镜的无线功率传输和控制系统中，作为超宽谱、高导电率、超薄的图案化电极使用。本文首先论述了大面积石墨烯膜的转移制备技术。已实现面积达1cm2的石墨烯薄膜到不同红外半导体材料基底（硅衬底、砷化镓等）的转移，研究了不同基底上的纳米石墨烯模的电学性质。实验显示，采用旋涂转移法得到的大面积石墨烯膜其完整性达到预定要求，表面电阻在1kΩ/sq～10kΩ/sq范围内，可见光透过率超过80%。利用所制备的大面积转移石墨烯膜，在不同半导体基底上制作石墨烯微纳结构，并对纳米石墨烯模的光电性质进行了研究。该微纳结构包括转移到不同红外基底上的纳米石墨烯膜，以及连接到石墨烯膜上的金属电极。研究了该结构在红外激光照射下的伏安特性。实验显示，激光的辐照作用对纳米石墨烯模的伏安特性有明显影响，并随基底材料的不同产生显著改变。由于纯净的单层纳米石墨烯膜具有高达2×10~5cm~2/Vs的电子迁移率，以及97.7%的高透光率，用其作为透明薄膜电极较常规的ITO材料将有巨大优势。本文通过光刻和离子束刻蚀法，实现了微米线宽的石墨烯膜图形化制备，对其微纳结构进行了电子显微测试和分析，进一步设计制作了纳米石墨烯微线圈电极，用于电控液晶微镜的无线功率传输和控制实验，取得了明显效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-21
  1.1 纳米碳材料  9-10
  1.2 纳米石墨烯  10-17
  1.3 透明薄膜电极材料的图案化  17-20
  1.4 论文结构及主要工作  20-21
2 纳米石墨烯膜的大面积转移制备  21-38
  2.1 大面积纳米石墨烯膜转移工艺  21-26
  2.2 半导体基纳米石墨烯膜的特性  26-37
  2.3 小结  37-38
3 半导体基石墨烯模的光电特性  38-45
  3.1 光电响应理论  38-40
  3.2 器件制作、测试与分析  40-44
  3.3 小结  44-45
4 纳米石墨烯膜的图案化  45-76
  4.1 工艺原理  45-47
  4.2 制备流程  47-52
  4.3 显微光学与 SEM 检测  52-62
  4.4 基于石墨烯模的微平面线圈电极  62-75
  4.5 小结  75-76
5 总结  76-79
  5.1 全文总结及创新点  76-77
  5.2 工作展望  77-79
致谢  79-80
参考文献  80-85
附录1 硕士期间发表的论文及项目来源  85-86
附录2 Matlab 图形仿真石墨烯电阻分布代码  86

半导体基大面积纳米石墨烯膜的转移制备及其光电特征

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