问答及答辩结果在线视频

下面由答辩委员会成员

和与会的各位同学提问

答辩人回答

那个刚才我没听清楚

你在那个

就是那个EL 那一部分

EL部分是

Poole—Frenkel

弗朗克发光 对对

这种发光

通常是有这个缺陷

对

这个造成的对吧 对

你这个

因为我们

对 OK

然后的话就是说

你现在的话就是说

用电极是接触是吧

对 然后的话

下边是graphene graphene oxide

对 这儿有一个rGO

rGO 那么中间有个界面层

它是一个半还原态的

这么一个rGO

就是半还原的

因为我们是通过

这么一个laser scribe的方式

去制备这么一个rGO的

那么当激光打上去的时候呢

这个激光会有一个decay

那么最表面在rGO会还原更充分

那么底下

中间会有一个界面层

是一个半还原态的

对 我们通过这个XPS

我们可以看到

这个是一个

这个是

最下面一个绿色

是这个GO的一个XPS

那么这上面是一个rGO的

它是介于两者都有

这个组分都含有

同时通过这个碳氧的比例

也可以证明它是一个过度态 对

然后的话

你怎么判断的话是这个

这种发光的机制呢（比如说）

我们的

你说这个Poole—Frenkel这个机制

因为我们是这样

我们根据这个公式

这么一个公式呢

我们通过它

我们首先测试了

这么一个IV曲线

那么我们拟合了这么一个IV曲线

可以很好的进行拟合

那么其次呢

我们也建立了这么一个公式

同时还有一个电场

与这个它的这个尺寸的公式

我们可以将这个电场E带进去

我们可以最后得到

这个LogI和这个根号下V

是呈现线性关系的

这么一个关系

如果它如何这么一个

Poole—Frenkel效应

它就应该满足

这个LogI和这个根号下V

把这个带进去这个V

根号下V是满足

这么一个线性关系的

那么我们通过这个输运

低温输运测试

我们可以发现它是一个

这个线性的这么一个输运关系

满足这么一个Log

这是取Log了

然后这个横轴是一个根号

根号下V

它们满足这么一个线性关系

因此我们认为它符合

这么一个

这个Poole—Frenkel

这么一个效应的这个机制

因为Poole—Frenkel效应

因为我们这个方法体系里面

这个您也知道这个rGO

它是一个空穴导电层

那么我们这个电子

是很难产生的

而由于我们这个

制备中产生很多缺陷

那么这个缺陷中

最后通过这个强电场

向这个缺陷就会激发出

更多的这么一个电子

来进行发光

它其实是一个

首先这个模型实际上

它是一个隧穿的

对吧

我们这个gap

其实是一个很大的一个gap

大概这个大概这个gap

大概是80到120个微米

所以实际上这个是一个

很难去做一个tunneling的

一个gap 对

就说它是一个

但是tunneling的话

首先这个模型

是一个隧穿的模型

但是的话

就是说你如果用这种模型

去解释它的话

就是它隧穿一定是hopping

对对对

… 对

然后的话它和

实际上和温度

是有很直接的关系

你看那个公式上也是

也能看得到的

对

它是和这个Kbt

和这个T是有直接关系的

你有没有测一下

稍微降降温度

看它的…是不是不一样

降温这一块

因为就是受到这个条件

这个测试条件限制

我们没有做的更低的温度

因为我们主要就是想看一下

它这个线性关系

我们认为这个

已经可以去解释

它这个机制了 对

如果是更加低温的

那个测试的话

可能需要未来这个

进一步测试

OK 所以就是说

因为rGO里面

有非常非常多的缺陷

对 对

另外就是这个里面

因为这里面

有很多这个彩色这么一个点

它是一个quntum dots

同时它那个分布

是非常多的

因此相当是这个GO

这个bandgap

有非常多的这么些分立的

能级

因此它可以发射出

不同的这么一个颜色的光 对

同时我们通过调制这么一个

费米能级的高度

可以去改变这个发光的颜色

好 其他的老师还有问题吗

你这个

你今天这个报告

很多内容都非常生动

还需要

我比较感兴趣的是那个

就是石墨烯

你做的那个晶体管

表现出来这个很好的特性

就是亚阈区的特性

可以低于我们通常MOS晶体管

60毫伏的限制是吧

对 它都有一个预计

说是当你的EOT

小到一定程度的时候

对

它能低到接近40

40个毫伏每dec

你能不能解释一下

这里边的机理是什么

其实我们当时认为

是因为

当时我们制备了一个

石墨烯和MoS2的

一个异质结的这么一个结构

同时我们也观测到

它的这个

这个异质结的这个厚度

实际上是非常薄的

不像传统的异质结

因为MoS2的厚度

本身只有8个纳米

因此这个里面

其实会有一些这个

隧穿tunneling这么一个

这么一个效应的发生

因此它这个

我们当另外的话

就是由于石墨烯

它这个能带

它在这个狄拉克点处

只要你调制那么一点的

这个femi-level

它的这个浓度会变化得非常sharp

那么利用这个载流子浓度的

这个sharp的变化

我们可以实现一个非常

非常高效这么一个tunneling

这么一个入射

所以我们可以去提高

这么一个亚阈值斜率

当然只是我们一个

理论的一个预计 对

就现在已经有一些实验

它们通过这种

这种异质结

它们已经实现了这么一个

20个毫伏每dec的这么一个

你们现在自己测

最低的是多少

我们自己现在

因为我们自己没有用

很薄的dielectric来测

我们现在采用的300个纳米的

所以我们现在没有获得

但是就是

跟我们有合作的一个Group

他们现在已经测20个毫伏每dec了

他们现在正在去整理这么一个工作 对

我有一个问题

那个石墨烯的话

都是你自己制备的吗

基本上大部分

都是我们通过

就是自己去制备的 对

包括这个GO

包括这个GO

我们是通过自己的

这个Hummers Method制备

那么这个CVD的话

我们是通过这个

有自己的炉子

我们可以去生长石墨烯

这么一个石墨烯 对

包括剥离的话

也可以去

去撕出来这样 对

我注意到你专门提出来一种

就是纯石墨烯体系

那是不是说是

你指别的人是

不是用这个东西

对 就是说

我们只是强调这个

材料这个体系的类型

因为一般的发光体系

都是这个III-V族

或者OLED它是一个大分子

或者小分子

那么无机的话

就是这个GaN GaIn对吧

那么我们这个材料体系

它就是一个

这么一个carbon

那么carbon和oxide的这么一个发光体系

那么这个体系

它不同于这个前人的体系

这么一个体系

我们认为它是一个

全新的这么一个发光体系

当然可能还是

就是从最严谨的角度

它可能不是一个

非常严谨的一个石墨烯

它可能里面还有氧 其实

就是一个氧化

一个复合的一个体系这样 对

因为我刚才看

你那个说是纯的

对

别的我们说

包括你前面的那个

就石墨烯声源器件

我觉得是不是也是不纯的

也是…的

就是我说这个

可能相比于这个

就是前人

别人的一个发光体系

材料体系来说的 对

我们一般称为碳基的

对…

对 就是可能这个有点不太 对

还有一个

就是我看了

就是说你这个

当时展现那个栅控

那个发光器件

它那个是不是

就做动态的视频

那个声音

背景声音很大

那是怎么回事

因为它在录制的时候

这个LCD显示屏

它那个

这个功率也是很大

就是它会

它会有很多噪音的

或者你看到

上面有很多背景噪音

这个LED显示屏

它可能比较旧嘛

对 它会有一定的噪音

同时那个机器

音箱 你比方说底下

有一些计算机

或周围的机器

它会有一些背景噪音

对 这一块 对

它本身没有声音

就是它发光这个东西

它不会去有一个声音产生 对

因为我们这个

虽然我们这个材料体系是一样

但是我们这个输入电压

就是它可能会产生声音

但是那个噪音

它是一个背景的噪音 对

并且那个

并且我们输入的是

一个直流电信号 对

它应该是没有别的

它本身应该不会产生声音

那你这个

后边给我们勾画了一个

这个轮廓

非常好的轮廓

就是说你把这些东西

都能集成在一个

芯片上是吧

对 其实 对

就说你那个激光测

是用激光的直写是吧

对 就是这部分的话

就是我放在后面去了

就是我们可以制备

这么一个

比方说这个

就是我们做了一个demo

就是我们制备了这么一个

这么一个器件

可以集成这么一个

transisor

光电探测、扬声器这么一个

这种方式

对

我们可以

当然我们现在这个线条宽度

只有20个微米

所以我们如果有更好的

这个线条的这个激光的话

我们可以做的更加的精细

对

因为你这个是这个这一层

是吧

或者是这个

即使是几层的话

也是非常薄的

薄的话

你这个是用激光来直写的话

就是那个

你们现在是用什么激光器

我们就是用这个普通的

这个DVD的这个光驱

这个自带的

这么一个laser-scribe

这么一个功能

同时我们现在也

就是自己制备了这么

其他不同波长的这么一个激光器

对

包括有这个紫外的

这个红外的

这个都有

对

都可以实现

但是它这个薄膜的厚度

目前都是在这个

10个μm

这么一个厚度

对

就是厚度还是

相对比较厚一点

对

就是我们如果通过控制

这个GO的厚度

我们未来也可以控制

这个rGO这个厚度

你看你这张图呢

你在求这个电场的时候

E的时候呢

需要把这个Rs提取出来

你讲讲你这个Rs是怎么提取的呢

因为是这样

我们有一个就是transfer length method

来去提取这个

接触电阻

我们还有单独制备这么一个

这么一个器件

我们就是相当于是制备了

不同的这么一个间距的

这么一个device

我们去测试这个IV

那么通过连接一根线

然后反向延长

那么一个截距

那么一个截距除以2

就是这个接触电阻

你一说我明白了

对对

还有一个问题就是说

你这里头用到了

除了用到了graphene之外

还用到了这个氧化等等的

其实你应该这儿

稍微介绍一下

就是说你怎么制备出

这个GO 和rGO的这个过程

你是简单的介绍一下

制备GO和rGO过程

就是说我们相当于是

通过这个laser

那么这个laser

它具有一个Joule heating

那么这个热量会

而且我们给的是一个laser pluse

那么这个pluse

会导致这个GO

它会产生一个瞬态热量

这个瞬态热量会导致

它会产生一个瞬态的一个

氧气的一个还原过程

就像把GO的这个氧

因为通过这个XPS可以看到

它这个氧会

也就是说它就在大气中

就在我们的大气环境中

然后它这个氧会有一个

迅速的一个

一个散失

那么这个散失呢

我们可以看到

这个层数可以看到

那么这个氧气

有一个迅速的散失

就会导致它那个氧气散失之后

会有一个力量

把这个层数

给它顶的非常的疏松

然后可以看到这个

大概这个高度

会有10个μm这样

对

就是你GO是买现成的吗

GO我们可以通过Hummers method

我们可以去制备这么一个

GO的solution

我们可以通过graphite

然后通过这个酸 硫酸这种方式

我们可以获得这个

这个GO solution

对

还有问题吗

没有

我来问一个问题

你刚才这个幻灯片里面的话

一处里面

希望做一个就是more than Moore的

一个集成的一个设想

对

那么你这里边的话

工艺流程里边

是每个器件做了一些

从你的设想里边看一看的话

它这样一个

怎么样给它统一起来

有没有一个基本的一个

概念性的想法

把这些问题

怎么用一套

工艺或者

工艺或者是

因为你的工艺相对介绍的比较

简单一点

对

就是说通过这种激光打印方式

我们可以在片上去集成

这么一个

这个transistor也好

这个光探测、扬声器等

那么这些可以通过这种laser-scribe

我们只需要绘制这么一个版图

我们通过激光

可以将它打印出来

它的这个

这个时间是需要25分钟

那么我们只要进一步的去减小

这么一个laser

这么一个laser point的大小

我们可以去做到一个

更小尺寸的器件

因为我们也注意到这个

理化所他们这个激光

这个激光好像可以做到

这个20个nanometer

所以说如果说

有这么一个system的话

应该是可以做到更小尺寸的

这么一个器件

同时呢通过由于这么一个

非常方便的这么一个

从这个版图到这么一个器件的

这个对应关系

因此它是可以

前面也介绍了它

已经实现了这么一个耳机

包括这个RRAM

还有这个LED

那么这些器件呢

我们都可以进行这个片上集成

就是说这个石墨烯的这个

欧姆接触做的

现在比较困难一点

你这个是怎么解释这个问题

因为我们现在这个石墨烯

它其实是一个p-type

一个掺杂的

实际上它这个

从电学上它不是一个

比较本征的石墨烯

另外如果是要获得比较理想的

这个contact的话

可以去调制石墨烯的

这个femi-level

我们可以看一下

我们目前的这个rGO

它实际上看不到狄拉克点

可以认为它是一个highly p-doped

一个材料

所以说做contact的话

会相对比较

就是容易一些

如果是要

就是你那个会变容易

对

如果是有一个bandgap差距

我们可以调它这个石墨烯的这个

femi-level

我们可以把它匹配到

一个合适的功函数

实现一个Schottky junction

到这么一个

就是ohmic contact的这么一个方式

就是你自己的femi-level的

调制的话

那从你刚才讲的

可以看到不同颜色的光

对

有没有可能通过这个

去连续的变化

连续变化颜色对吗

对

然后形成那种

用起来好像很炫的一个东西

对

我们现在也是

就是在设想这么一件事情

刚才那个视频中

也大概展示了一下

这么一个颜色的

这个调变的这个过程

但是这个目前的这个器件

它由于是一个面内结构

那么这个

由于它需要一个较强的这个电场

去激发

那么这个时候它就

这个在空气中的氧化

会非常的严重

所以我们这个器件的寿命

现在是非常有限的

可能只有这么两分钟

但是我们也同时

将它放在真空中测试

它在真空中可以维持50分钟以上

所以说如果说首先第一

是我们解决这个氧化问题

我们可能就是可以去实现

这么一个

非常稳定的这么一个调制

因为像我们这个期间的测试

由于它的这个方法寿命问题

我们只采了它的这个

半谱的这么一个

这个测试

对

那么我们下一步的话

可能会尝试去引入这么一个

N型的这么一个

半导体材料

以实现这个PN结发光

这样的话

它的那个

一个是效率会变高

第二个是寿命

因为我们目前这个

是这个这么一个in-plane结构

因为它的这个

如果一旦中间被烧毁的话

这个器件就失效了

那么如果我们能做一个

这个vertical的结构的话

那么它的这个寿命

包括这个效率会

会有大大的提升

各位同学有没有想有提问的

其他的各位老师还有没有

如果没有问题的话

那么我们这个答辩

这个就到此为止

博士学位论文

答辩委员会决议书

基于石墨烯材料的

新型微纳电子器件

是下一代微电子技术的

主要方向之一

论文针对这一方向开展研究工作

选题具有重要的理论意义

和应用价值

论文取得的主要创新成果如下

一 首次制备出石墨烯

声源器件

实现了宽频声输出

获得了石墨烯层数

与声学性能的关系

并应用于新型石墨烯耳机

二 将石墨烯应用于

常规阻变存储器中

显著降低了存储器功耗

提出并实现了

具有Fin结构的石墨烯

阻变存储器

具有柔性、低工作电压的特点

三首次在石墨烯体系中

观察到电致发光现象

发现发光过程

可通过栅压调控

解决了传统发光器件

波长不可调的问题

四首次在单层石墨烯中

观察到巨压电效应

获得了压电系数

比传统压电材料高两个数量级

论文写作条理清楚

图表规范

实验数据丰富

分析合理透彻

论文研究工作表明

作者在电子科学与技术领域

具有坚实宽广的理论基础

和系统深入的专业知识

具有很强的独立从事

科学研究工作的能力

以及良好的科学作风

答辩叙述清楚

回答问题正确无误

经答辩委员会六人

无记名投票

一致同意通过论文答辩

一致建议授予田禾工学博士学位

并推荐参加优秀博士论文评选

宣读完毕

好

下面

感谢各位老师

首先我要感谢我的导师

任天令教授

因为在我博士

当时入学之前的时候

我跟任老师说

我说我希望走上学术的道路

当然任老师给我了这次机会

在我的五年里面

我通过自己的努力

我觉得我在学术上

取得了一些初步的成果

也要感谢现场的六位导师

给我的这个建议和意见

我希望在未来的这个学术生涯中

继续努力

争取做出有影响力的工作

谢谢大家

田禾同学的博士论文答辩

那么到此结束 谢谢大家