[發明專利]摻雜石墨烯及石墨烯PN結器件的制備方法

有效

• 申請號: 201410675336.8
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN105655242B
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 狄增峰;王剛;陳達;郭慶磊;馬駿;鄭曉虎;戴家赟;薛忠營;張苗;丁古巧;謝曉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/04
• 分類號: H01L21/04
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 李儀萍

1.一種摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述摻雜石墨烯的制備方法至少包括：

提供一銅襯底，在所述銅襯底上形成鎳薄膜層；

在所述鎳薄膜層上選擇一特定區域，在所述特定區域分別注入N型摻雜元素和P型摻雜元素，以分別形成富N型摻雜元素區和富P型摻雜元素區；

對摻雜元素注入后的所述銅襯底進行第一階段保溫，以使所述銅襯底和所述鎳薄膜層形成銅鎳合金襯底，從而使注入到所述鎳薄膜層特定區域中的N型摻雜元素和P型摻雜元素在所述銅鎳合金襯底的表面聚集；然后在甲烷環境下進行第二階段保溫，以分別在所述富N型摻雜元素區和所述富P型摻雜元素區得到N型摻雜石墨烯和P型摻雜石墨烯；最后緩慢冷卻降至室溫；其具體方法為：

將摻雜元素注入后的所述銅襯底放入反應器中，在800℃～1050℃高溫和惰性氣體的環境下進行第一階段保溫，保溫時間為10min～60min，以使所述銅襯底和所述鎳薄膜層形成銅鎳合金襯底，從而使注入到所述鎳薄膜層特定區域中的N型摻雜元素和P型摻雜元素在所述銅鎳合金襯底的表面聚集；

然后將流量為1sccm～10sccm的甲烷通入所述反應器中進行第二階段保溫，保溫時間為10min～60min，以將聚集在所述銅鎳合金襯底表面的N型摻雜元素和P型摻雜元素作為形核點，分別在所述富N型摻雜元素區和所述富P型摻雜元素區形成N型摻雜石墨烯和P型摻雜石墨烯；

最后緩慢冷卻降至室溫。

2.根據權利要求1所述的摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，在所述特定區域分別注入N型摻雜元素和P型摻雜元素，以分別形成富N型摻雜元素區和富P型摻雜元素區的方法，至少包括如下步驟：

在所述鎳薄膜層上選擇一特定區域，在所述特定區域上形成第一掩膜層，圖形化所述第一掩膜層，暴露出所述特定區域中需要注入N型摻雜元素的位置；

在所述特定區域注入N型摻雜元素，以圖形化后的第一掩膜層為掩膜，在所述需要注入N型摻雜元素的位置形成富N型摻雜元素區；

將所述圖形化后的第一掩膜層去除；

在所述特定區域上形成第二掩膜層，圖形化所述第二掩膜層，暴露出所述特定區域中需要注入P型摻雜元素的位置；其中，圖形化后的第二掩膜層覆蓋所述富N型摻雜元素區；

在所述特定區域注入P型摻雜元素，以圖形化后的第二掩膜層為掩膜，在所述需要注入P型摻雜元素的位置形成富P型摻雜元素區；

將所述圖形化后的第二掩膜層去除。

3.根據權利要求2所述的摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述第一掩膜層和所述第二掩膜層均采用光刻膠。

4.根據權利要求1所述的摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體為氬氣或者氦氣。

5.根據權利要求1所述的摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述N型摻雜元素為氮、磷或者砷，其注入能量為5keV～30keV、注入劑量為1E15～1E17。

6.根據權利要求1所述的摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述P型摻雜元素為硼或者硫，其注入能量為5keV～30keV、注入劑量為1E15～1E17。

7.根據權利要求1所述的摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，在所述銅襯底上形成鎳薄膜層的方法至少包括：電子束蒸發、電鍍或者磁控濺射。

8.根據權利要求1所述的摻雜石墨烯的制備方法，其特征在于，所述鎳薄膜層的厚度為10nm～1μm。

9.一種石墨烯PN結器件的制備方法，其特征在于，所述石墨烯PN結器件的制備方法至少包括：

采用如權利要求1-8任一項所述的摻雜石墨烯的制備方法，得到N型摻雜石墨烯和P型摻雜石墨烯；

將所述N型摻雜石墨烯和所述P型摻雜石墨烯從所述銅鎳合金襯底上轉移至二氧化硅襯底上；

分別在所述N型摻雜石墨烯和所述P型摻雜石墨烯上制備電極，形成石墨烯PN結器件。