基于石墨烯材料的微波纳机电谐振器研究

发布时间：2017-03-31 18:08

  本文关键词：基于石墨烯材料的微波纳机电谐振器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微波机电谐振器在高品质因素微波器件、高灵敏度传感器、单分子检测器和宏观量子效应检测等领域上有着广阔的应用前景。由于石墨烯材料具有纳米级物理尺寸、二维平面物理结构、优秀的机械性能和电性能,因此石墨烯纳机电谐振器在器件制备、激励与检测等关键技术上具有其它材料器件无法比拟的优势,是目前纳机电系统(NEMS)的热门材料。然而由于器件结构不完善和制备工艺不够成熟,目前石墨烯纳机电谐振器的最高工作频率仍低于200MHz。为实现石墨烯微波纳机电谐振器,本文对纳机电谐振器的物理机理与特性进行研究,分析各个物理参量对谐振器谐振频率的影响,对实现微波频段的石墨烯纳机电谐振器具有一定的指导意义。基于石墨烯顶栅结构FET的高频工作特性,对石墨烯纳机电谐振器的高频工作特性进行分析。为了方便器件的设计和优化,本文采用等效电路方法对石墨烯纳机电谐振器进行场效应模型与机械振动模型的关联研究,即机电效应的研究。并基于微波半导体器件特性,提出了基于谐振沟道晶体管(RCT)的激励与检测方法,利用该方法可实现高效的全电学微波信号激励和检测。最后,提出了一种批量制备基于石墨烯/氧化石墨烯(G/GO)固支梁的纳机电谐振器的制备方法,并搭建真空测试系统实现对纳机电谐振器全电学微波信号激励和检测。本文的研究成果对指导石墨烯纳米器件的制备和加速微波机电谐振器在NEMS中的应用有着重要意义。
【关键词】：纳机电系统(NEMS) 微波机电谐振器 谐振沟道晶体管(RCT) 石墨烯 氧化石墨烯(GO)
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH-39;TQ127.11
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 引言9-27
• 1.1 纳机电系统概述9-10
• 1.1.1 纳机电系统的定义9-10
• 1.1.2 纳机电系统的研究现状10
• 1.2 石墨烯概述10-14
• 1.2.1 石墨烯材料特性10-12
• 1.2.2 石墨烯的制备12-14
• 1.3 纳机电谐振器发展动态14-25
• 1.3.1 材料15-17
• 1.3.2 制备工艺17-18
• 1.3.3 激励与检测技术18
• 1.3.4 微波纳机电谐振器发展动态18-25
• 1.4 本文主要工作25-27
• 第二章 纳机电谐振器的物理机理与特性研究27-36
• 2.1 纳机电谐振器的基本原理27-28
• 2.2 各个物理量对纳机电谐振器谐振频率的影响28-33
• 2.2.1 梁的宽度对谐振频率的影响29-30
• 2.2.2 梁的长度对谐振频率的影响30
• 2.2.3 梁的厚度对谐振频率的影响30-31
• 2.2.4 梁材料的密度对谐振频率的影响31-32
• 2.2.5 梁材料的杨氏模量对谐振频率的影响32-33
• 2.2.6 梁材料的初始张力对谐振频率的影响33
• 2.3 石墨烯/氧化石墨烯（G/GO）梁理论分析33-34
• 2.4 纳机电谐振器的偏置电压Vgs对谐振频率的影响34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 纳机电谐振器的机电效应分析36-56
• 3.1 顶栅结构的G-FET高频工作特性的分析36-43
• 3.1.1 石墨烯G-FET I-V模型36-39
• 3.1.2 石墨烯场效应晶体管G-FET的小信号模型39-40
• 3.1.3 石墨烯场效应晶体管G-FET的大信号模型40-43
• 3.2 纳机电谐振器的高频场效应等效电路模型分析43-46
• 3.3 纳机电谐振器的场效应模型与梁振动模型关联研究46-48
• 3.3.1 电容变化引入的IgcRF模型46-47
• 3.3.2 机械振动引入的场效应高频电流模型47-48
• 3.4 石墨烯纳机电谐振器RCT模型拟合仿真48-53
• 3.5 石墨烯/氧化石墨烯（G/GO）梁纳机电谐振器仿真53-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第四章 石墨烯纳机电谐振器的制备工艺和检测方法56-70
• 4.1 石墨烯的制备和转移56-59
• 4.2 氧化石墨烯的制备和构形59-61
• 4.3 电极与G/GO梁的实现研究61
• 4.4 纳机电谐振器的制备工艺61-67
• 4.4.1 栅电极制作62-63
• 4.4.2 石墨烯的转移63-64
• 4.4.3 石墨烯/氧化石墨烯（G/GO）的刻蚀64-65
• 4.4.4 源、漏电极制备65-66
• 4.4.5 G/GO的悬置66-67
• 4.5 石墨烯纳机电谐振器的检测方法67-69
• 4.6 本章小结69-70
• 第五章 结论70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间取得的成果76-77

【共引文献】

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