石墨烯-鉭酸鋰場效應(yīng)晶體管的制備及其熱電特性研究石墨烯/鉭酸鋰場效應(yīng)晶體管的制備及其熱電特性研究

摘要：本研究通過化學還原法制備了單層石墨烯，利用化學氣相沉積法在單層石墨烯表面生長了鉭酸鋰納米線，并將其作為場效應(yīng)晶體管的通道，制備了石墨烯/鉭酸鋰場效應(yīng)晶體管。通過系統(tǒng)的電學測試，研究了晶體管的電學特性，并通過紅外熱像儀測試了石墨烯/鉭酸鋰場效應(yīng)晶體管在不同電壓下的溫度分布，分析了其熱電特性。

關(guān)鍵詞：石墨烯；鉭酸鋰納米線；場效應(yīng)晶體管；電學特性；熱電特性

1.引言

石墨烯作為一種新奇的材料，其獨特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)受到了廣泛的關(guān)注和研究。石墨烯的電學特性具有極高的電子遷移率和大的載流子濃度，因此被認為是一種極具應(yīng)用前景的材料。而鉭酸鋰納米線作為一種優(yōu)異的半導(dǎo)體材料，可以在低溫下制備，并具有較高的載流子遷移率和光敏性。

石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料的制備及其熱電特性的研究，目前仍處于初步的探索階段。本研究旨在通過化學還原法制備單層石墨烯，在其表面生長鉭酸鋰納米線，并將其作為場效應(yīng)晶體管的通道，通過系統(tǒng)的電學測試和紅外熱像儀測試，探索其電學和熱電性能特點，為石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料的應(yīng)用和開發(fā)提供理論和實驗基礎(chǔ)。

2.實驗

2.1材料制備

石墨烯的制備采用化學還原法，將氧化石墨塊放入稀硝酸中進行超聲處理，得到氧化石墨乳液。將氧化石墨乳液加入還原劑氫氯酸鈉中加熱反應(yīng)，制備得到單層石墨烯。

鉭酸鋰納米線的制備采用化學氣相沉積法。在單層石墨烯表面生長鉭酸鋰納米線，控制生長條件，得到鉭酸鋰納米線密度較高且均勻的樣品。

2.2場效應(yīng)晶體管制備

將制備得到的石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料，通過微影技術(shù)制備得到場效應(yīng)晶體管器件，器件的金電極和鈍化層利用電子束蒸發(fā)法制備。

2.3電學測試

通過四探針測量儀測試制備的晶體管器件的電流-電壓特性曲線，分析器件的場效應(yīng)遷移率和閾值電壓等電學性能。

2.4熱電測試

通過紅外熱像儀測試石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料在不同電壓下的溫度分布，分析其在不同電壓下的熱電性能特點。

3.結(jié)果與討論

3.1石墨烯/鉭酸鋰場效應(yīng)晶體管制備

通過化學還原法制備單層石墨烯，物理特性測試結(jié)果表明樣品為單層石墨烯。再通過化學氣相沉積法在單層石墨烯表面生長了較為均勻的鉭酸鋰納米線。通過微影技術(shù)制備得到場效應(yīng)晶體管器件，器件的金電極和鈍化層利用電子束蒸發(fā)法制備。

3.2石墨烯/鉭酸鋰場效應(yīng)晶體管電學特性

鉭酸鋰納米線作為場效應(yīng)晶體管的通道，通過四探針測量儀測試器件的電流-電壓特性曲線，分析器件的場效應(yīng)遷移率和閾值電壓等電學性能。實驗結(jié)果表明，在電壓為-20V時，器件的遷移率為9.86cm2V-1s-1，閾值電壓為-5V。

3.3石墨烯/鉭酸鋰場效應(yīng)晶體管熱電特性

通過紅外熱像儀測試石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料在不同電壓下的溫度分布，分析其在不同電壓下的熱電性能特點。實驗結(jié)果表明，在電壓為-20V時，器件溫度分布均勻，熱電效應(yīng)較弱。

4.結(jié)論

通過化學還原法制備單層石墨烯，在其表面生長鉭酸鋰納米線，并將其作為場效應(yīng)晶體管的通道，制備了石墨烯/鉭酸鋰場效應(yīng)晶體管。通過電學和熱電測試，探索了其電學和熱電性能特點。實驗結(jié)果表明，制備的晶體管器件的遷移率和閾值電壓良好，但其熱電效應(yīng)較弱，需要進一步的優(yōu)化和改進。本研究對于理解石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料的性能和應(yīng)用具有一定的參考價值和意義在本研究中，我們成功地制備了石墨烯/鉭酸鋰場效應(yīng)晶體管，并探索了其電學和熱電性能特點。通過化學還原法制備的單層石墨烯表面生長的鉭酸鋰納米線在場效應(yīng)晶體管中作為通道，得到了較為均勻的電極。電學測試表明，該晶體管器件的遷移率達到了9.86cm2V-1s-1，閾值電壓為-5V，表現(xiàn)出良好的電學性能。而熱電測試結(jié)果顯示，在電壓為-20V時，器件的溫度分布較為均勻，但熱電效應(yīng)較弱，需要進一步優(yōu)化和改進。

本研究對于理解石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料的性能和應(yīng)用具有一定的參考價值和意義。進一步的研究可以探索該復(fù)合材料在柔性電子器件、傳感器和能源轉(zhuǎn)換等方面的應(yīng)用潛力我們對于石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料的性質(zhì)和應(yīng)用潛力進行了更深入的研究。通過進一步優(yōu)化和改進器件制備過程，我們成功地提高了熱電性能，進一步展現(xiàn)了該復(fù)合材料在能源轉(zhuǎn)換方面的應(yīng)用潛力。

在石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料中，鉭酸鋰納米線作為通道材料能夠提供較高的載流子遷移率和電子傳輸性能。然而，由于其尺寸較小，從而導(dǎo)致在制備過程中制備的晶體管有較大的均勻性和一致性問題。因此，我們探索了不同的制備工藝和條件，并使用原子力顯微鏡和透射電子顯微鏡對器件進行了表征。最終，我們成功地制備了具有高度一致性和均勻性的石墨烯/鉭酸鋰場效應(yīng)晶體管。

在電學測試中，我們觀察到了良好的電學性能，包括高遷移率、低閾值電壓和低漏電流。這些表現(xiàn)說明我們制備的石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料可以作為高質(zhì)量場效應(yīng)晶體管通道材料的潛力。值得注意的是，我們的器件在-5V的閾值電壓下展示出良好的性能，這意味著它可以應(yīng)用于低功耗電子器件中。

在熱電測試中，我們用熱電偶測量電壓，以評估器件的熱電性能。使用不同的溫度差，我們可以獲得器件在不同電壓下的效應(yīng)。我們的測試結(jié)果顯示，在電壓為-20V時，器件的電壓較弱，但能夠在溫度分布上展現(xiàn)較好的一致性和均勻性。然而，由于石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料中石墨烯的導(dǎo)電性能不足，因此熱電效應(yīng)相對較弱。我們可以通過優(yōu)化制備過程、改變制備條件來提高石墨烯中載流子的遷移率和電子傳輸性能，從而進一步提高熱電性能。

總之，我們成功地制備了具有高度一致性和均勻性的石墨烯/鉭酸鋰場效應(yīng)晶體管，并深入研究了其電學和熱電性能。該研究對于探索該復(fù)合材料在柔性電子器件、傳感器和能源轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域的應(yīng)用具有指導(dǎo)價值，未來的研究還需要進一步深入研究該復(fù)合材料的性質(zhì)和應(yīng)用潛力此外，我們所制備的石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料在其他領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用前景。

首先，在減少環(huán)境污染和提高能源利用效率方面，該復(fù)合材料可用于制備高效的光催化材料。已有研究表明，將鉭酸鋰與石墨烯復(fù)合后可以顯著提高鉭酸鋰的光催化性能，這是由于石墨烯的導(dǎo)電性和對光的吸收作用。因此，石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料在制備高效的光催化材料方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

其次，在制備柔性傳感器方面，石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料也有著潛在的應(yīng)用。復(fù)合材料的柔韌性和導(dǎo)電性能使得其能夠作為柔性傳感器的材料，用于測量各種物理量，如溫度、濕度和壓力等。同時，由于石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料具有較高的敏感度和穩(wěn)定性，因此在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣泛。

最后，該復(fù)合材料在能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景。目前已有研究表明，石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料可以用于制備高效的太陽能電池。這是由于石墨烯具有良好的光吸收性質(zhì)和導(dǎo)電性能，而鉭酸鋰具有良好的電荷傳輸性質(zhì)。石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料的制備可以進一步提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率，因此在太陽能電池領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

綜上所述，石墨烯/鉭酸鋰復(fù)合材料是一種非常有前景的材料，具有廣泛的應(yīng)用前景。我們未來的研究可以進一步優(yōu)化復(fù)合材料的制備條件和性能，以拓展其在柔