基于石墨烯材料的微波纳机电谐振器研究

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。

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第一章 引言

1.1 纳机电系统概述

1.2 石墨烯概述

1.3 纳机电谐振器发展动态

1.4 本文主要工作

第二章 纳机电谐振器的物理机理与特性研究

2.1 纳机电谐振器的基本原理

2.2 各个物理量对纳机电谐振器谐振频率的影响

2.3 石墨烯/氧化石墨烯（G/GO）梁理论分析

2.4 纳机电谐振器的偏置电压Vgs对谐振频率的影响

2.5 本章小结

第三章 纳机电谐振器的机电效应分析

3.1 顶栅结构的G-FET高频工作特性的分析

3.2 纳机电谐振器的高频场效应等效电路模型分析

3.3 纳机电谐振器的场效应模型与梁振动模型关联研究

3.4 石墨烯纳机电谐振器RCT模型拟合仿真

3.5 石墨烯/氧化石墨烯（G/GO）梁纳机电谐振器仿真

3.6 本章小结

第四章 石墨烯纳机电谐振器的制备工艺和检测方法

4.1 石墨烯的制备和转移

4.2 氧化石墨烯的制备和构形

4.3 电极与G/GO梁的实现研究

4.4 纳机电谐振器的制备工艺

4.5 石墨烯纳机电谐振器的检测方法

4.6 本章小结

第五章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果