【摘 要】
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新型二维材料的制备以及性能调控和器件应用是当今纳米材料研究领域的热点课题,而石墨烯作为二维材料的代表,因为它优异的电学和光学性质,在微电子与光电子器件上的研究一直
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新型二维材料的制备以及性能调控和器件应用是当今纳米材料研究领域的热点课题,而石墨烯作为二维材料的代表,因为它优异的电学和光学性质,在微电子与光电子器件上的研究一直受到广泛关注。然而单一的二维材料拥有的缺点使得其在微电子、光电子器件中的应用受到限制,因此二维材料复合体系是实现高效二维材料器件应用的关键路径。石墨烯的零带隙影响了其在光电器件的应用,但是利用石墨烯/三维半导体异质结具有浅结特性可以实现高效的发光二极管;石墨烯极大的热导率限制了其在热电器件的应用,但是利用掺杂的石墨烯组装膜可以实现高功率因子的热电器件。同时石墨烯异质体系在电子器件设计上有高度的灵活性,可以实现更多的器件结构。基于此,本文针对石墨烯/三维半导体异质结的浅结特性,引入隧穿机制,制备出了高外量子效率的石墨烯/氮化铝镓/氮化镓双色发光二极管;本文针对石墨烯费米能级高度可调,提出了氯化铁插入掺杂的大面积石墨烯热电膜。本论文的具体工作如下:(1)通过化学气相淀积法和液相剥离法制备石墨烯,并利用微纳工艺制备了石墨烯半导体异质器件。(2)提出并研究了一种石墨烯/氮化铝镓/氮化镓双色发光二极管,系统研究了氮化铝镓引入的隧穿机理,以及表面生长的氧化铝层的电子阻挡作用,大大提升的器件外量子效率。(3)采用液相剥离与组装的方法制备石墨烯热电膜,利用氯化铁对石墨烯的掺杂,调节石墨烯的载流子浓度,进而提高了塞贝克系数与电导率,从而提高功率因子。在室温下功率因子高达8.4 μW cm-1 K-2。
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