[發明專利]一種石墨烯表面氣體分子吸附過程的監測方法

有效

• 申請號: 201610137360.5
• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105762090B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 賈越輝;彭沛;王紫東;田仲政;任黎明;傅云義
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;H01L29/16
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 賈曉玲

本發明公開了一種石墨烯器件表面氣體分子吸附過程的監測方法，該方法主要通過監測石墨烯器件的轉移特性，尤其是狄拉克點位置，實時監控器件中石墨烯表面的氣體吸附動態過程，即從清潔石墨烯表面至分子飽和吸附的全過程，并可較為精確地測量該過程所需時間。

技術領域

本發明提出了一種石墨烯表面氣體分子吸附過程的監測方法，可用于在短期環境下實時監控石墨烯器件表面氣體分子吸附的動態過程,估測石墨烯器件表面完全被氣體分子吸附的時間，在化學、物理學、材料學、微納電子學等領域具有應用前景。

背景技術

石墨烯是二維平面晶體材料，集多種優異特性于一身，具有良好的力學、電學等性質和廣闊的應用前景。最近基于石墨烯的傳感器引起了強烈的關注，僅石墨烯厚度僅一個碳原子，且有超大的比表面積，能夠達到2630m²/g，具有優異的氣體分子吸附性能。

目前石墨烯薄膜對氣體分子吸附的探測主要通過檢測氣體分子吸附前后的電導變化。氣態分子吸附物具有不同的組成和結構，能夠與石墨烯在不同的模式進行交互。石墨烯在大氣環境下通常呈p-型半導體，當它被暴露于其它各種氣體，其電導的響應方向可能是不同的。例如NO₂吸附在石墨烯表面(作為一種摻雜)可改變石墨烯的電子濃度濃度，從而改變石墨烯的電導，檢測電導變化即可檢測NO₂。

發明內容

本發明目的在于提供一種方法，可實時動態監控石墨烯器件表面氣體分子吸附過程。

本發明可通過如下技術方案實現：

一種石墨烯表面氣體分子吸附過程的監測方法，包括如下步驟：

(1)制備石墨烯器件樣品，該石墨烯器件包括源漏金屬電極和石墨烯溝道；

(2)將樣品放置于拉曼光譜系統光學顯微鏡的激光出射口下方。調整樣品位置到顯微鏡視野內，調節顯微鏡焦距，并聚焦到石墨烯溝道表面；

(3)用低能量的聚焦激光束對準石墨烯溝道表面，此時激光強度應在3mW以下，以保證激光斑很小，定位精確；

(4)用較高能量的激光束照射或掃描石墨烯溝道表面，控制激光強度和時間，去除石墨烯溝道表面的空氣、水等分子，從而得到清潔的石墨烯溝道表面；高能激光束強度為10～40mW，時間在10min至5s范圍之內；

(5)去除石墨烯溝道表面分子后，迅速原位測量石墨烯器件樣品的電學特性，即利用探針臺或集成于Raman光譜儀的探針臺和半導體參數分析儀測試石墨烯器件的轉移特性曲線，即源漏電流隨背柵電壓的變化。每隔一定時間，測試一條轉移特性曲線，直到前后兩次的轉移特征曲線不發生變化為止。即一旦關閉激光，空氣中的氣體分子即開始吸附到石墨烯溝道的表面上，從而使石墨烯器件的轉移特性(I-Vg)曲線發生變化，當I-Vg穩定時石墨烯表面氣體分子吸附隨即達到飽和；通過監控石墨烯器件I-Vg曲線監控石墨烯器件表面氣體分子吸附過程，并通過測量I-Vg曲線穩定過程，估測分子吸附石墨烯表面所需時間。

本發明的技術效果如下：

(1)本發明可實時、動態監控石墨烯器件表面氣體分子吸附過程。

(2)本技術可針對局部石墨烯表面，適用于監控石墨烯器件整體或局部解吸附過程，且監控過程不影響石墨烯其它區域。

(3)本技術通過即時測量石墨烯器件轉移特性曲線，監控石墨烯表面從氣體分子吸附至表面吸附飽和全過程，可較為精確地測量石墨烯器件分子飽和吸附所需的時間。

附圖說明

圖1石墨烯背柵場效應晶體管：(a)器件表面AFM形貌圖，上方為器件源電極1，下方為器件漏電極2；(b)樣品中石墨烯溝道3對應位置的拉曼光譜圖，峰強比I_2D/I_G～1。