三维石墨烯晶体膜可控制备策略及其超级电容器的应用

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作者 钟厉 徐政 +1 位作者 康俊 任凯翔 《表面技术》 北大核心 2025年第11期32-49,共18页

三维石墨烯晶体膜具有高晶体质量、大比表面积和高导电性,成为理想的碳基超级电容器的电极材料。然而,传统石墨烯电极材料受限于表面活性位点数量和宏观尺度下的电化学体积效应,难以达到理论性能。为此,重点介绍通过高能束流(如CO_(2)... 三维石墨烯晶体膜具有高晶体质量、大比表面积和高导电性,成为理想的碳基超级电容器的电极材料。然而,传统石墨烯电极材料受限于表面活性位点数量和宏观尺度下的电化学体积效应,难以达到理论性能。为此,重点介绍通过高能束流(如CO_(2)激光和高能电子束)诱导技术制备宏观厚度的三维石墨烯晶体膜,并探讨其修饰与复合方法。在此基础上,详细阐述CO_(2)激光和高能电子束制备三维石墨烯晶体膜的基本原理及其可控制备策略。采用CO_(2)激光,通过调节激光参数和前驱体材料,能够实现石墨烯晶体膜的厚度调控和结构优化。高能电子束具有高穿透力和低反射特性,能够在宏观尺度下制备均匀的三维石墨烯薄膜。此外,还介绍了通过非金属原子掺杂、金属氧化物和导电聚合物复合等方法,进一步提升三维石墨烯晶体膜的电化学性能等方面的研究内容。在超级电容器应用中,三维石墨烯晶体膜表现出优异的体积比电容和循环稳定性,具有广阔的应用前景。然而,随着厚度的增加,三维石墨烯晶体膜的体积效应和离子传输效率等问题仍需解决,提出通过构筑梯度孔道和优化孔隙结构来增强离子传输能力的解决方案。最后展望了三维石墨烯晶体膜在商用超级电容器中规模化应用的机遇与挑战。 展开更多

关键词 三维结构 石墨烯晶体 宏观厚度 薄膜电极 超级电容器

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石墨烯晶体管研究进展 被引量：4

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作者 李昕 郭士西 +5 位作者 宋辉 李全福 师俊杰 方明 王小力 刘卫华 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期1-8,48,共9页

针对集成电路的特征尺寸小于10nm以下所面临的短沟道效应、隧道效应和制造工艺限制困难引发的研究热点——石墨烯能否替代硅,着重从数字晶体管、射频晶体管和柔性透明晶体管3个方面概括和分析了新型石墨烯晶体管的发展现状。分析认为:... 针对集成电路的特征尺寸小于10nm以下所面临的短沟道效应、隧道效应和制造工艺限制困难引发的研究热点——石墨烯能否替代硅,着重从数字晶体管、射频晶体管和柔性透明晶体管3个方面概括和分析了新型石墨烯晶体管的发展现状。分析认为:石墨烯平行纳米带阵列结构和异质结结构有望打开石墨烯禁带以实现大的电流开关比,将是石墨烯数字晶体管的研究热点;通过降低接触电阻、接入电阻以及衬底、栅介质的匹配来提高截止频率和最大振荡频率将是石墨烯射频晶体管的主要发展趋势;基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底和离子凝胶栅介质的柔性制造技术,最有希望在保证石墨烯高迁移率的基础之上实现全石墨烯透明柔性电路,使石墨烯晶体管得以实用,必将对集成电路行业产生巨大影响。 展开更多

关键词 石墨烯晶体管 禁带 截止频率 最大振荡频率 柔性晶体管

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微波–熔盐热处理在CBN表面形成TiN类石墨烯晶体 被引量：2

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作者 梁宝岩 韩丹辉 +3 位作者 张旺玺 王艳芝 杨黎 张宗超 《金刚石与磨料磨具工程》 CAS 北大核心 2018年第1期37-40,共4页

用Ti和CBN粉体,通过微波–熔盐处理法在CBN表面反应生成氮化物材料,利用XRD、SEM和EDS对涂层的化学组成、相组成和微观结构进行分析和表征。结果表明:经过熔盐处理,在CBN表面形成TiN、Ti_2N、TiN_(0.3)和TiB_2组织。粗粒度的CBN表面形... 用Ti和CBN粉体,通过微波–熔盐处理法在CBN表面反应生成氮化物材料,利用XRD、SEM和EDS对涂层的化学组成、相组成和微观结构进行分析和表征。结果表明:经过熔盐处理,在CBN表面形成TiN、Ti_2N、TiN_(0.3)和TiB_2组织。粗粒度的CBN表面形成的涂层厚度约2.8μm,涂层表面有许多微小孔洞;当CBN较细时,CBN表面形成纳米花蕾状组织,花蕾状涂层组织由许多氮化钛纳米棒和片状组织构成。此外,CBN颗粒间还存在许多TiN类石墨烯晶体组织,厚度约40~90nm。 展开更多

关键词 熔盐处理 立方氮化硼(CBN) 石墨烯晶体

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基于石墨烯晶体管的多巴胺检测微流控芯片 被引量：6

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作者 朱红伟 王昊 +3 位作者 张中卫 王国东 张影 石峰 《传感器与微系统》 CSCD 2019年第3期71-74,78,共5页

设计并制备了一种集成液体栅极的石墨烯场效应晶体管的微流控芯片,利用其对多巴胺进行检测,研究了多巴胺分子对石墨烯场效应管转移特性的影响。将石墨烯转移到载玻片上作为导电通道和传感材料集成在微流通道内部,利用剥离(lift-off)工... 设计并制备了一种集成液体栅极的石墨烯场效应晶体管的微流控芯片,利用其对多巴胺进行检测,研究了多巴胺分子对石墨烯场效应管转移特性的影响。将石墨烯转移到载玻片上作为导电通道和传感材料集成在微流通道内部,利用剥离(lift-off)工艺制作晶体管的源极和漏极,采用液体栅极的方法对晶体管的转移特性进行测试。同时,结合微电子学的能带理论,从电子迁移的角度出发,讨论了石墨烯和多巴胺之间的氧化还原反应。并采用金属Pt电极作为石墨烯晶体管的栅极,检测到了1 nmol/L浓度的多巴胺溶液。 展开更多

关键词 微流通道 石墨烯场效应晶体管 多巴胺检测 电子迁移 微电子学能带理论

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1维石墨烯光子晶体的电磁吸收特性 被引量：2

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作者 宁仁霞 刘少斌 +2 位作者 章海锋 孔祥鲲 卞博锐 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期28-32,共5页

为了研究1维石墨烯光子晶体在可见光波段的吸收特性,采用传输矩阵的方法进行了理论分析和数值仿真,得到了1维石墨烯吸收特性与石墨烯层数、缺陷层介质厚度、电磁波模式有关的结果。结果表明,增加石墨烯层数时,对波长为556nm左右的绿光... 为了研究1维石墨烯光子晶体在可见光波段的吸收特性,采用传输矩阵的方法进行了理论分析和数值仿真,得到了1维石墨烯吸收特性与石墨烯层数、缺陷层介质厚度、电磁波模式有关的结果。结果表明,增加石墨烯层数时,对波长为556nm左右的绿光的吸收作用明显增强;缺陷层介质厚度增加时会引起吸收峰的增加;在TE模式下,入射角对石墨烯光子晶体吸收特性影响较小。该研究结果为1维石墨烯光子晶体吸收器的设计提供了理论依据。 展开更多

关键词 光电子学 吸收特性 传输矩阵法 石墨烯光子晶体

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石墨烯场效应晶体管的光响应特性研究 被引量：3

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作者 魏子钧 王志刚 +5 位作者 李晨 郭剑 任黎明 张朝晖 傅云义 黄如 《北京大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期704-708,共5页

采用电子束曝光和剥离工艺制备石墨烯场效应晶体管,并研究其光电响应特性。结果表明,当激光光斑(波长为633 nm)照射在金属电极边缘的石墨烯沟道时,可测得明显的光电流。背栅电压能够有效调制光电响应,可以改变光电流的大小和方向。在背... 采用电子束曝光和剥离工艺制备石墨烯场效应晶体管,并研究其光电响应特性。结果表明,当激光光斑(波长为633 nm)照射在金属电极边缘的石墨烯沟道时,可测得明显的光电流。背栅电压能够有效调制光电响应,可以改变光电流的大小和方向。在背栅调控下,光电流出现饱和现象,石墨烯晶体管的光响应度最大达到46.5μA/W,可用于构建基于石墨烯的新型光探测器。 展开更多

关键词 石墨烯场效应晶体管 光电响应 背栅调制

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基于石墨烯光子晶体光纤的流体传感器 被引量：3

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作者 尚念泽 程熠 +9 位作者 敖申 姑力米热 李梦文 王晓愚 洪浩 李泽晖 张晓艳 符汪洋 刘开辉 刘忠范 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2022年第12期236-242,共7页

与传统的传感器设备阵列相比,由于结构更为简单,具有广泛检测兼容性的光纤系统逐渐成为分布式监测的有力候选者。然而,受工作机制的限制,大多数光纤传感器仍局限于对折射率等物理参数进行探测,一种用于环境化学监测的全光纤分布式传感... 与传统的传感器设备阵列相比,由于结构更为简单,具有广泛检测兼容性的光纤系统逐渐成为分布式监测的有力候选者。然而,受工作机制的限制,大多数光纤传感器仍局限于对折射率等物理参数进行探测,一种用于环境化学监测的全光纤分布式传感系统亟待研发。本工作中,我们向化学气相沉积法生长的石墨烯光子晶体光纤(Gr-PCF)中引入了一种化学传感机制。初步结果表明,石墨烯光子晶体光纤可以选择性地检测浓度为ppb级的二氧化氮气体,并在液体中表现出离子敏感性。石墨烯光子晶体光纤与光纤通信系统的波分、时分复用技术结合后,将为实现分布式光学传感环境问题提供巨大的潜力和机会。 展开更多

关键词 石墨烯 石墨烯光子晶体光纤 光学传感 气体传感器 分布式传感

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新型自对准石墨烯场效应晶体管制备工艺

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作者 邓建国 杨勇 +5 位作者 马中发 韩东 吴勇 张鹏 张策 肖郑操 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第7期525-529,共5页

提出了一种新型自对准石墨烯场效应晶体管(graphere field-effect transistor,GFET)制备工艺,该工艺可与现有Si CMOS工艺相兼容。利用该工艺制备的自对准栅GFET器件可以消除传统GFET器件制备过程中存在的栅极与漏极和源极覆盖区的寄生... 提出了一种新型自对准石墨烯场效应晶体管(graphere field-effect transistor,GFET)制备工艺,该工艺可与现有Si CMOS工艺相兼容。利用该工艺制备的自对准栅GFET器件可以消除传统GFET器件制备过程中存在的栅极与漏极和源极覆盖区的寄生电容或栅极与源极和漏极暴露区的寄生电阻,使器件直流特性得到了很大改善。对制作的样品进行直流I-V特性测试时,清楚地观测到了双极型导电特性。制作的沟道长度为1μm的自对准GFET器件样品最大跨导gm为2.4μS/μm,提取的电子与空穴的本征场效应迁移率μeeff和μheff分别为6 924和7 035 cm2/(V·s),顶栅电压VTG为±30 V时,器件的开关电流比Ion/Ioff约为50,远大于目前已报道的最大GFET开关电流比。 展开更多

关键词 石墨烯 石墨烯场效应晶体管(GFET) 自对准 集成电路(IC) 硅

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腐蚀溶液对石墨烯转移质量和GFET性能的影响

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作者 蒋月 彭冬生 +2 位作者 陈祖军 张茂贤 彭争春 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期305-309,320,共6页

对比分析了过硫酸铵（APS）与三氯化铁（FeCl3）两种腐蚀溶液对转移后石墨烯质量的影响。结果表明,采用FeCl3腐蚀溶液转移后的石墨烯表面会引入Fe和Cl离子,而APS腐蚀溶液转移后的石墨烯表面基本未引入杂质。将两种转移到Si O2/Si基底上... 对比分析了过硫酸铵（APS）与三氯化铁（FeCl3）两种腐蚀溶液对转移后石墨烯质量的影响。结果表明,采用FeCl3腐蚀溶液转移后的石墨烯表面会引入Fe和Cl离子,而APS腐蚀溶液转移后的石墨烯表面基本未引入杂质。将两种转移到Si O2/Si基底上的石墨烯样品蒸镀100 nm厚的金的源漏电极后分别制成了石墨烯场效应晶体管（GFET）,并在室温下对其进行了电学性能测试。测试结果表明,相对于FeCl3腐蚀溶液转移的石墨烯样品制成的器件,采用APS腐蚀溶液转移的石墨烯样品制成器件的狄拉克点从75 V左右降低到了0 V左右,载流子迁移率从823 cm^2/（V·s）提升到了1 324 cm^2/（V·s）。因此,采用APS腐蚀溶液转移石墨烯引入杂质更少,制备的器件性能更优越。 展开更多

关键词 石墨烯 腐蚀溶液 石墨烯场效应晶体管(GFET) 电学性能 狄拉克点

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多编程手段的浮栅晶体管非易失性存储器

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作者 温嘉敏 闫成员 孙振华 《深圳大学学报（理工版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期232-238,共7页

随着信息时代的发展,新型晶体管基非易失性存储器体现出越来重要的应用价值,获得了广泛的研究关注.本研究将具有Ⅰ型能带结构的硒化锌/硫化锌核壳量子点集成到石墨烯晶体管中,充当晶体管中的电荷捕获层和隧穿中心,制备具有多重编程手段... 随着信息时代的发展,新型晶体管基非易失性存储器体现出越来重要的应用价值,获得了广泛的研究关注.本研究将具有Ⅰ型能带结构的硒化锌/硫化锌核壳量子点集成到石墨烯晶体管中,充当晶体管中的电荷捕获层和隧穿中心,制备具有多重编程手段的非易失性存储器.该量子点可以实现电子和空穴的双重存储,通过正负脉冲栅压可以改变该器件的沟道电导状态,实现信息存储.表征实验结果表明,该器件可实现60 V的超大存储窗口,在10 h的测试范围内表现出良好稳定性,在多次擦写过程中表现出良好的耐用性.该器件还可以将光照作为辅助编程手段,使用紫外光对写入的电荷进行擦除,实现较好的电写-光擦功能.研究结果表明,核壳量子点是一种良好的电荷存储介质,在晶体管基非易失性存储器中具有巨大应用潜力,对基于半导体核壳量子点的晶体管基存储器进行光电赋能,有望实现光电编程. 展开更多

关键词 纳米材料 核壳量子点 光电晶体管 非易失性存储器 光电存储器 石墨烯晶体管 高介电常数材料

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纳米氧化铈掺杂菊芋桔杆芯碳材料的制备及对日落黄的检测 被引量：1

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作者 马先鸣 汪璐 +2 位作者 陶亮亮 叶礼卉 刘健 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第9期1284-1291,共8页

文章采用热解经硝酸铈浸渍的菊芋秸秆芯(Jerusalem artichoke straw,JAS)制备负载氧化铈纳米颗粒的生物碳材料,表征CeO_(2)/JAS材料的理化性质,并分析其在电化学应用方面的潜力。该材料被修饰在电解质溶液栅控石墨烯场效应晶体管(soluti... 文章采用热解经硝酸铈浸渍的菊芋秸秆芯(Jerusalem artichoke straw,JAS)制备负载氧化铈纳米颗粒的生物碳材料,表征CeO_(2)/JAS材料的理化性质,并分析其在电化学应用方面的潜力。该材料被修饰在电解质溶液栅控石墨烯场效应晶体管(solution-gated graphene field-effect transistor,SGGT)的栅极上,在模拟的软饮料体系中完成对色素的检测,其中对日落黄的响应最好,该修饰的栅极对日落黄的检测限为300 nmol/L,灵敏度曲线斜率为29.2。一系列实验结果表明,CeO_(2)/JAS材料可以很好地提升对日落黄的检测性能。因此,该研究为其在电化学领域的应用提供了一定参考,并且对农业废弃物资源再利用与食品安全检测均具有一定的意义。 展开更多

关键词 菊芋秸秆芯(JAS) 热解 纳米材料 电化学 电解质溶液栅控石墨烯场效应晶体管(SGGT) 日落黄

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