目 录
第 1章 引言 1
1.1 石墨烯的物理特性 2
1.1.1 晶格结构及能带 2
1.1.2 电学特性 3
1.1.3 力学特性 4
1.1.4 光学特性 5
1.1.5 热学特性 6
1.2 石墨烯的制备方法 8
1.2.1 机械剥离法 9
1.2.2 CVD法 10
1.2.3 化学氧化还原法 12
1.2.4 碳化硅外延法 13
1.2.5 激光直写法制备及图形化石墨烯 131.3 石墨烯器件发展总体回顾 14
1.3.1 石墨烯晶体管 14
1.3.2 石墨烯存储器 16
1.3.3 石墨烯传感器和石墨烯执行器 17
1.4 本章小结 22
第 2章 石墨烯材料的制备及图形化 24
2.1 CVD法制备及图形化石墨烯 24
2.1.1 CVD法在铜基底上制备石墨烯 24
2.1.2 CVD法在镍基底上制备石墨烯 26
2.1.3 CVD法直接在绝缘基底上生长石墨烯微米条带 26
2.1.4 采用激光图形化石墨烯 32
2.2 激光直写法制备及图形化石墨烯 36
2.3 本章小结 42
第3章 基于石墨烯的二维异质结晶体管 44
3.1 器件的制备及表征 44
3.1.1 栅控graphene-MoS2异质结晶体管 44
3.1.2 栅控MoS2-graphene-MoS2异质结晶体管 49
3.2 理论分析 51
3.3 二维异质结晶体管最新进展 56
3.3.1 石墨烯与2D材料的异质结 56
3.3.2 石墨烯与1D材料的异质结 60
3.3.3 石墨烯与0D材料的异质结 67
3.4 本章小结 73
第4章 基于石墨烯的阻变式存储器 75
4.1 基于石墨烯的低功耗阻变式存储器 75
4.1.1 器件结构和工艺 76
4.1.2 器件表征 77
4.1.3 电学性能测试结果 81
4.1.4 机理分析 86
4.2 基于石墨烯的Fin结构的阻变式存储器 89
4.2.1 器件结构和工艺 89
4.2.2 电学性能测试结果 92
4.2.3 机理分析 95
4.3 基于石墨烯的存储窗口可调的阻变式存储器 99
4.3.1 器件结构和工艺 99
4.3.2 电学性能测试结果 101
4.3.3 机理分析 109
4.4 基于石墨烯的阻变式存储器最新进展 113
4.4.1 石墨烯作为阻变式存储器界面层 113
4.4.2 石墨烯作为阻变式存储器电极 118
4.4.3 石墨烯在仿生突触领域的应用 123
4.5 本章小结 127
第5章 基于石墨烯的声源器件 129
5.1 基于多层石墨烯的声源器件 130
5.1.1 理论模型的建立与优化设计 130
5.1.2 制备工艺 135
5.1.3 声学测试平台 136
5.1.4 声学测试结果 137
5.2 基于单层石墨烯的声源器件 143
5.2.1 基于AAO衬底的单层石墨烯声源器件 143
5.2.2 基于PET衬底的单层石墨烯耳机 146
5.3 基于rGO的声源器件 153
5.3.1 基于rGO纸的声源器件 153
5.3.2 基于激光直写法的石墨烯耳机 157
5.4 石墨烯声源器件最新进展 163
5.4.1 石墨烯可穿戴编织器件 163
5.4.2 脉冲调制电路驱动热声器件发声 173
5.5 本章小结 179
第6章 石墨烯人工喉 181
6.1 第 一代人工喉 181
6.1.1 器件制备及表征 182
6.1.2 人工喉性能测试 183
6.1.3 人工喉的实际应用 189
6.2 第二代人工喉 191
6.2.1 器件制备及表征 191
6.2.2 喉部运动机理 193
6.2.3 人工喉性能测试 195
6.2.4 人工喉的实际应用 198
6.3 人工喉最新进展 200
6.3.1 肌电-力学双通道语音识别 200
6.3.2 基于人工喉的多模态语音识别及交互 206
6.3.3 其他相关工作 209
6.4 本章小结 214
第7章 石墨烯力学传感器 217
7.1 石墨烯压阻式传感器的主要工作机制 217
7.1.1 敏感层几何结构变化 217
7.1.2 器件结构导致敏感层传导路径变化 218
7.1.3 裂纹引起的传导路径变化 220
7.1.4 隧穿效应 221
7.2 石墨烯应变传感器 222
7.2.1 基于单层石墨烯的应变传感器 222
7.2.2 石墨烯纤维应变传感器 224
7.2.3 石墨烯电子皮肤 227
7.2.4 三维互联结构的应变传感器 228
7.2.5 混合结构的应变传感器 230
7.3 石墨烯压力传感器 231
7.3.1 悬空单层石墨烯压力传感器 231
7.3.2 平面结构石墨烯压力传感器 232
7.3.3 纸基石墨烯压力传感器 233
7.3.4 多孔结构石墨烯压力传感器 235
7.3.5 具有微结构的石墨烯压力传感器 236
7.4 石墨烯力学传感器应用 238
7.5 未来展望 242
7.6 本章小结 243
第8章 基于石墨烯的能量收集器件 245
8.1 石墨烯/硅柱阵列太阳能电池 245
8.1.1 器件结构及制备工艺 245
8.1.2 器件性能测试 247
8.1.3 原理分析 249
8.2 石墨烯/钙钛矿太阳能电池 250
8.2.1 器件结构及制备工艺 251
8.2.2 器件性能测试 252
8.2.3 原理分析 252
8.3 石墨烯薄膜湿气发电器件 253
8.3.1 器件结构及制备工艺 253
8.3.2 器件性能测试 254
8.3.3 原理分析 256
8.4 石墨烯泡沫湿气发电器件 257
8.4.1 器件结构及制备工艺 257
8.4.2 器件性能测试 258
8.4.3 原理分析 259
8.5 基于氧化石墨烯的触控按键及能量收集器 260
8.5.1 基于氧化石墨烯的触控按键 261
8.5.2 基于氧化石墨烯的能量收集器 265
8.6 石墨烯压电效应的发现及应用 269
8.6.1 器件制备工艺 270
8.6.2 器件测试平台 271
8.6.3 测试结果及分析 272
8.6.4 理论分析 275
8.6.5 能量收集器和压力传感器应用 276
8.7 本章小结 278
第9章 基于石墨烯的发光器件 280
9.1 激光直写波长可调LED 280
9.1.1 器件结构及制备工艺 281
9.1.2 发光特性测试 284
9.1.3 发光原理分析 289
9.2 PECVD石墨烯发光器件 290
9.2.1 器件结构和制备工艺 291
9.2.2 发光特性测试 292
9.2.3 发光原理分析 293
9.3 石墨烯灯泡 296
9.3.1 器件结构与制备工艺 297
9.3.2 发光特性测试 298
9.3.3 发光原理分析 299
9.4 石墨烯随机发光模拟星空 301
9.4.1 器件结构和制备工艺 301
9.4.2 发光特性测试 303
9.4.3 发光机理分析 305
9.5 本章小结 306
第 10章 基于石墨烯的热整流器 308
10.1 基于三角形和T形rGO纸的热整流器 308
10.1.1 器件结构及表征 308
10.1.2 测试方法及结果 310
10.1.3 理论分析 316
10.2 基于相变材料复合rGO气凝胶的热整流器 319
10.2.1 器件结构及表征 319
10.2.2 测试方法及结果 320
10.2.3 理论分析 323
10.3 基于不对称悬浮石墨烯纳米网的热整流器 324
10.3.1 器件结构及表征 325
10.3.2 测试方法及结果 326
10.3.3 理论分析 327
10.4 本章小结 329
第 11章 石墨烯器件片上集成新方法 331
11.1 晶圆级石墨烯器件的设计与实现 331
11.2 片上集成器件的应用验证 333
11.2.1 片上集成的石墨烯面内晶体管 333
11.2.2 片上集成的石墨烯光电探测器及阵列 335
11.2.3 片上集成的石墨烯扬声器 339
11.3 石墨烯器件片上集成最新进展 341
11.4 本章小结 348
参考文献 349
