CVD制备石墨烯及其在太赫兹探测器的应用研究

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石墨烯是一种具备诸多优良特性的光电二维材料,高力学强度、高热导率,高比表面积以及高电子迁移率等优异性能使其在太赫兹探测器方面展现出巨大的应用前景。但目前存在的问题是石墨烯在制备过程中尺寸较小且质量不高,因此如何制备及转移高质量石墨烯是目前制约其在太赫兹探测器中被高性能应用的关键。本论文以石墨烯的化学气相沉积法制备及其转移为研究对象,系统研究了化学气相沉积法生长石墨烯的可控制备工艺,通过实验分析了促进石墨烯生长的工艺环境;提出了石墨烯铜刻蚀转移方法及装置的改进;最后对石墨烯在太赫兹探测器方向的应用进行了研究。主要研究结果如下:(1)研究并获得了基于化学气相沉积法的单晶石墨烯可靠制备及转移工艺。以铜箔为基底,系统研究了生长温度、气体流量和沉积时间等条件对石墨烯单晶尺寸及表面形貌的影响。基于传统铜刻蚀转移法,通过改进提出了一种用于湿法转移石墨烯薄膜的装置和方法,改善了现有技术中转移过程容易引起石墨烯褶皱及破坏石墨烯完整性的技术问题;通过调控石墨烯转移到目标衬底上的具体位置,确保石墨烯与目标衬底有较好的接触,达到了保证石墨烯转移后质量良好的目的。(2)基于石墨烯制备技术、转移方法及装置,成功将石墨烯从铜箔上转移到衬底基片上。利用光学显微镜及激光共聚焦拉曼测试仪对石墨烯进行表征,光学显微镜观察石墨烯中心处几乎无破损;拉曼光谱表征着石墨烯晶格没有缺陷,转移的石墨烯质量良好。(3)制备了石墨烯晶体管以及一种石墨烯太赫兹探测器器件。基于石墨烯太赫兹探测器的工作原理,给出了器件的结构、参数及制作器件的一系列制备工艺,设计了符合要求的器件结构以及工艺流程,并利用L-Edit软件完成了探测器版图设计;利用半导体工艺完成了器件的制备,并可以任意挑选单元进行测试,表明该探测器在工艺上的可行性。(4)完成了石墨烯晶体管及太赫兹探测器的相关电学测试。利用半导体参数分析仪完成了器件的转移特性曲线及Rtot-VBG曲线拟合,分析了晶体管的性能,得到了其狄拉克点和迁移率,总结了限制迁移率的主要因素;测试了石墨烯太赫兹探测器的I-V特性曲线,I-V测试结果呈现出良好的线性关系,表明制备得到的器件具有良好的欧姆接触,符合设计的预期要求,对太赫兹探测器在实际应用中有着指导意义。
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