含有石墨烯材料填充的微纳间隙电极的光电特性研究

论文总字数：19617字

摘 要

本文研究了微纳电极的蒸镀制备，阐述了微纳电极在电子器件中的重要作用。说明了微纳电极间距对于光电响应特性的影响。详细介绍了制备电极的过程。详细介绍了光刻，蒸镀，剥离的过程。介绍了石墨烯的性质与应用，介绍了如何氧化还原制备石墨烯的过程。详细介绍了石墨烯的粗加工研磨与超声击碎的方法与利用针管石墨烯填充入微纳电极的过程。在参考了其他文献资料的基础上，归纳出石墨烯光电的高响应度和转换比，表明石墨烯填充的电极有着良好的响应特性和较低的光吸收率。最后对电极间不同填充材料的光电属性进行了研究和对比，发现石墨烯是一种非常好的电极填充材料。

关键词：石墨烯 微纳电极 电极制备 光电特性

Abstract

In this paper, the preparation of micro-nano electrode deposition, describes the important role of micro-nano electrodes in electronic devices. Description of the micro and nano-electrode pitch of the photoelectric characteristics of the response. Details of the preparation of the electrode. Details of the process of lithography, deposition, peeling. Describes the nature and application of graphene, explains how graphene oxide reduction process. Details of the graphene rough grinding and ultrasonic crushing method and utilization of graphene filled syringe nuanced nanoelectrodes process. In reference to the other on the basis of literature, summed up graphene highly responsive and photoelectric conversion ratio, indicating that graphene electrodes is filled with good response characteristics and low light absorption. Finally, the photoelectric properties of different filler material between the electrodes were studied and compared and found that graphene is an excellent electrode filler material.

Keywords：Graphene Micro nanoelectrodes Preparing electrode

Electro-optical characteristics

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 微纳电极的主要应用领域 1

1.2.1 微纳电极的主要性能参数 1

1.2.2 微纳电极在电路中的应用 2

1.2.3 微纳电极间距对于光电响应特性的影响 2

1.3 石墨烯在科技领域的研究现状 3

1.3.1石墨烯材料的简介 3

1.3.2 石墨烯的主要应用 4

1.4 本课题主要研究内容和研究意义 4

第二章 微纳电极对的制备与性能测试 6

2.1 纳米电极对的及其及其制备方法简介 6

2.2 纳米电极对的结构设计与制备 6

2.3电极对的性能测试 8

2.4本章小结 9

第三章 第三章石墨烯薄膜电极对的制备与性能测试 10

3.1 石墨烯薄膜的制备方法 10

3.1.1机械剥离法 10

3.1.2外延生长法 10

3.1.3氧化石墨还原法 10

3.1.4电化学还原法 10

3.1.5化学气相沉积法（CVD） 11

3.2氧化还原制备石墨烯 13

3.3 石墨烯填充入电极对 13

3.4 石墨烯电极对的观测 13

3.5 本章小结 14

第四章 电极对的光电属性 15

4.1石墨烯填充的电极对的光电属性 15

4.1.1石墨烯的光吸收窗口 15

4.1.2光电探测器的原理 15

4.1.3石墨烯制备的探测器 15

4.2其他填充材料修饰的电极对光电属性 17

第五章 展望 19

致谢 20

参考文献（References） 21

第一章 绪论

1.1 引言

在电子信息领域快速发展的背景下，高性能的电子元器件成为了发展的基石，而新型的材料又为电子元器件的革命性突破提供了诸多可能。在最近几年，石墨烯作为一种出色的导电材料出现在人们的视野中，并且有大量的科学研究让石墨烯应用于需要高响应速度的电子元器件之中。针对石墨烯的科研，应用，生产逐年递增，达到非常火热的程度。遍及世界的科研强国与地方投入了大量的资本来探究石墨烯的真面目，同时足够的经费支撑着石墨烯项目，都希望尽早在石墨烯这块领域有所斩获。参杂或填充石墨烯的晶体管，电极，传感器等电子器件，因为石墨烯的电子迁移率在正常情况超过15000cm2/V·s这一重要的物理特性，所以其响应速度提升明显，这是具有重要研究和应用意义的。

同时，电子器件是往微小化发展的，微纳电极因为电极尺寸小，一些静电场，分子吸附，边沿效应等奇特特征都会出现，所以微纳电极受到了人们越来越多的关注和研究。但是制作微纳电极因为间距难以控制，成本高，面积过小受到不同程度的限制，这也是在限制了电子学的发展。所以如何大批量制备微纳电极，提高生产效率降低成本是值得深入研究的。一般的制备方法是先进行电子束的光刻，然后将金属烘热升华，最后利用剥离工艺，电镀来获得电极。或者使用掩膜曝光形成光刻胶图形，然后沉淀积累金属，最后使用剥离获得电极。剥离工艺有一个重点：光刻胶要与基底的铝等成膜物分离，这样能让之前制备的相应的剥离溶液可以充分接触到胶体并且完全溶掉胶体达到去除浮起的废弃金属的目的。

图1-1 剥离技术示意图

而本文的制备出于实验设备的要求采用了蒸镀光刻制备电极对，在之后会详细介绍。

本文研究的是将石墨烯填充在5微米级别电极之中，然后对其光电属性进行探究。 因为石墨烯有着超高的电子迁移率，所以利用石墨烯填充的电极能够在诸多需求高响应的器件中应用，并且突破许多科研瓶颈。

1.2 微纳电极的主要应用领域

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