[發明專利]一種石墨烯化學修飾方法

在審

• 申請號: 201611229355.3
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN106783560A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 盧維爾;夏洋;程嵩;張慶釗;王歡;李楠
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/04
• 分類號: H01L21/04;C01B32/194;B82Y10/00;H01L29/16
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所11302
• 代理人: 房德權

技術領域

本發明涉及石墨烯修飾技術領域，尤其涉及一種石墨烯化學修飾方法。

背景技術

石墨烯最初是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的完美二維晶體。石墨烯具有極高的載流子遷移率、亞微米量級的彈道輸運、優異的機械性能和導熱性以及良好的光學特性和化學穩定性。

限制石墨烯深入應用的重要因素是石墨烯具有半金屬零帶隙特性，發展調控石墨烯電子結構和禁帶寬度技術具有重要的意義。關于石墨烯及其衍生物的物理化學性質的研究以及石墨烯器件的制備也一直是科學界的研究重點。研究結果顯示，摻雜異質元素、邊緣修飾、引入外加電壓、氫化石墨烯等都可以用來調控石墨烯的結構、帶隙和性能。石墨烯器件的制備往往需要經過轉移、涂膠、光刻、沉積、刻蝕等一系列復雜的工藝技術。傳統的用來調控石墨烯結構和制備石墨烯器件采用的是不同的方法，現有技術中并沒有能既對石墨烯進行結構和性能調試，又能直接制備出石墨烯器件的方法。

發明內容

本申請實施例通過提供一種石墨烯化學修飾方法，解決了現有技術不能既對石墨烯進行結構和性能調試，又能直接制備出石墨烯器件的問題。

本申請實施例提供一種石墨烯化學修飾方法，包括以下步驟：對石墨烯及基底采用脈沖激光直寫進行圖形化的光化學修飾；對所述光化學修飾后的石墨烯及基底進行原子層選擇性沉積。

優選的，重復所述光化學修飾和所述原子層選擇性沉積過程實現石墨烯的多次修飾。

優選的，在所述光化學修飾和所述原子層選擇性沉積前，采用惰性氣體真空烘烤所述石墨烯及基底，所述惰性氣體為Ar或He；所述烘烤的溫度為100-600℃。

優選的，所述石墨烯為單層石墨烯或少層石墨烯；所述基底為Si、Si/SiO2、金屬中的一種。

優選的，所述脈沖激光為飛秒激光、納秒激光、皮秒激光中的一種；所述脈沖激光的能量范圍為0.5-200mJ/cm²。

優選的，所述原子層選擇性沉積的種類為金屬、氧化物、氮化物、多組分化合物中的一種；所述原子層選擇性沉積的襯底溫度為50-400℃。

優選的，所述石墨烯化學修飾方法能應用于制備石墨烯器件。

優選的，所述制備石墨烯器件包括：對石墨烯及基底采用脈沖激光直寫進行圖形化的光化學修飾；對所述光化學修飾后的石墨烯及基底進行絕緣柵介質的原子層選擇性沉積；對沉積絕緣柵介質后的石墨烯及基底采用脈沖激光直寫進行圖形化的光化學修飾；對光化學修飾后的石墨烯及基底進行金屬電極的原子層選擇性沉積。

優選的，在所述光化學修飾和所述原子層選擇性沉積前，采用惰性氣體真空烘烤所述石墨烯及基底。

優選的，所述絕緣柵介質為氧化鋁、氧化鉿、氧化鈦、多組分氧化物中的一種；所述金屬電極為鋁、鉑、金、鎳、鉻中的一種。

本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：

在本申請實施例中，提供了一種石墨烯化學修飾方法，該方法制備工藝簡單，通過圖形化的光化學修飾，可以使得石墨烯表面產生缺陷、官能團，為原子層沉積提供了化學活性位點，使得石墨烯表面發生選擇性的原子層沉積，能根據需求調制石墨烯的性能和結構。

進一步的，在本申請實施例中，提供的石墨烯化學修飾方法能更加便捷地制備石墨烯器件，減少了通常石墨烯器件制備中曝光、沉積、刻蝕等復雜的工藝對石墨烯帶來的污染和缺陷。

進一步的，在本申請實施例中，在光化學修飾和原子層選擇性沉積前，采用惰性氣體真空烘烤所述石墨烯及基底，能有效增加石墨烯及器件的穩定性。

附圖說明

為了更清楚地說明本實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一個實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例一提供的對石墨烯進行選擇性修飾的流程圖示意圖；

圖2為本發明實施例二提供的對石墨烯進行選擇性修飾的流程圖示意圖；

圖3為本發明實施例三提供的制備石墨烯器件的流程圖示意圖。

具體實施方式

本申請實施例通過提供一種石墨烯化學修飾方法，解決了現有技術不能既對石墨烯進行結構和性能調試，又能直接制備出石墨烯器件的問題。

本申請實施例的技術方案為解決上述技術問題，總體思路如下：