碳基纳米材料的制备、掺杂与光电性能研究

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石墨烯因其优异的性能,自发现以来就受到广泛关注。然而石墨烯是零带隙半导体材料,限制了其在光电探测器领域的应用。因此,在石墨烯的基础上研发了石墨烯量子点(GQDs)和多层石墨烯两种材料。对GQDs不断的研究中发现掺杂一些元素能有效的调节能带结构和改善电学性能,使其在光电子领域得到更好的应用。而多层石墨烯制备方法近年来也是科研界热衷研究的方向,目前主要制备方法有化学气相沉积法(CVD),等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)和磁控溅射法等。本文主要是从GQDs掺杂和多层石墨烯制备出发,分别制得了硫掺杂石墨烯量子点(S-GQDs)和多层石墨烯,并研究了它们的光电性能,具体研究工作如下:1.以易得、无毒的液体石蜡和二硫化碳(CS2)作为原材料,用一步合成共燃法(T-X-J方法)制得S-GQDs,采用拉曼光谱(Raman)、透射电镜(TEM)、和傅里叶红外光谱(FTIR)、紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)等分析表征技术对S-GQDs的形貌、结构、成分及其吸收等性质进行深入研究分析。2.制得了基于S-GQDs光电探测器,用365nm紫外光在不同光功率密度下照射器件测试其性能,发现光功率密度为0.06m W/cm2时,器件响应率和探测率最高,分别为307A/W和1.5×1014Jones。器件光敏层是由S-GQDs与聚乙烯基咔唑(PVK)混合制得的,PVK具有空穴传输能力。为验证其对器件的影响,制得基于PVK的光电探测器。在相同的条件下对器件进行了对照测试,得出S-GQDs器件的响应率比单独的PVK器件高1.5×105%,探测率比单独的PVK器件高5.8×104%。3.以石墨靶材为碳源,用磁控溅射退火方法制得多层石墨烯薄膜。对薄膜的微观结构、形貌、成分和性能进行了Raman、FTIR和UV-Vis-IR等表征。探索性的制得了基于多层石墨烯的光电探测器。室温下用近红外光850nm在不同光功率密度下照射器件,得出光功率密度为0.109 m W/cm2时,其响应率和探测率最高,分别是2 A/W和2×1011 Jones。
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