基于石墨烯异质结的光电性能研究

【摘要】石墨烯因具备极好的导电性、导热性以及透光率,可以在微电子、光电子等领域起到重要应用。石墨烯的制备技术也获得了长足的进步,为下一步实现工业化起到了积极的推进作用。本论文采用化学气相沉积法(CVD)在铜箔上制备了单层石墨烯,并对其结构以及电学性能进行了研究。通过与采用磁控溅射的方法制备的ZnO薄膜结合制备了电致发光原型器件,对其电致发光(EL)特性及机制进行了研究与分析。另一方面,通过与n型硅片(n-Si)结合制备了(1-5)层石墨烯/n-Si异质结,研究了其光伏效应和光响应性能,并对其原理进行了探讨。具体研究内容如下：(1)研究了不同工艺对铜箔上制备单层石墨烯的影响,通过拉曼(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对制备的石墨烯进行了形貌、层数及吸附物的表征,制备了石墨烯场效应晶体管对石墨烯的电学输运性能进行表征。制备的单层石墨烯载流子迁移率最高可达3900cm2/V·s且呈现p型输运特性。(2)制备和研究了石墨烯/ZnO异质结为基础的电致发光器件。结果表明,该异质结具备良好的整流特性,在10mA的注入电流下能观察到绿光的电致发光。EL光谱由两个较强的绿光峰和两个较弱的红光峰构成。ZnO的O1sXPS结果表明ZnO含有大量的O空位(Vo),分析认为该异质结的绿光峰来源于ZnO导带上的电子向Vo能级的跃迁及复合,石墨烯向ZnO薄膜注入了大量的空穴加强了该过程。(3)将石墨烯与n-Si结合制备了石墨烯/n-Si异质结,研究了其光电转换及光响应性质。该结构具备良好的光伏特性。随着石墨烯层数的增加,其短路电流得到有效提高。对单层石墨烯/n-Si的光响应进行了测试,发现该结构具备快速的光响应能力。
【作者】吴革明；
【导师】魏峰；
【作者基本信息】北京有色金属研究总院，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】石墨烯；化学气相沉积；氧化锌；电致发光；光伏；

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