[發(fā)明專利]一種利用離子注入制備摻雜石墨烯的方法

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• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN108862252A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張苗;高敏;韓曉雯;賈鵬飛;薛忠營;狄增峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所;中國科學(xué)院大學(xué)
• 主分類號: C01B32/186
• 分類號: C01B32/186;C01B32/194
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

1.一種利用離子注入制備摻雜石墨烯的方法，其特征在于，所述方法包括：

S10、提供一襯底，于所述襯底上使用CVD工藝進(jìn)行石墨烯生長，形成石墨烯層；

S20、于所述石墨烯層上形成一保護(hù)層，所述保護(hù)層完全覆蓋所述石墨烯層；

S30、使用離子注入技術(shù)從所述保護(hù)層的上表面向所述石墨烯層中注入摻雜元素；

S40、除去所述保護(hù)層，裸露出所述石墨烯層；

S50、使用CVD工藝對裸露出的所述石墨烯層進(jìn)行石墨烯修復(fù)生長，以修復(fù)所述石墨烯層中由于離子注入引起的晶格損傷，使摻雜原子移動到晶格點，將摻雜原子激活，進(jìn)而形成摻雜石墨烯層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子注入制備摻雜石墨烯的方法，其特征在于，在步驟S50中還包括，于惰性氣氛下對裸露出的所述石墨烯層進(jìn)行退火，接著使用CVD工藝對退火后的所述石墨烯進(jìn)行石墨烯修復(fù)生長，以修復(fù)所述石墨烯層中由于離子注入引起的晶格損傷，使摻雜原子移動到晶格點，將摻雜原子激活，進(jìn)而形成摻雜石墨烯層。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用離子注入制備摻雜石墨烯的方法，其特征在于：所述退火溫度為800-930℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子注入制備摻雜石墨烯的方法，其特征在于：所述保護(hù)層的厚度由所述摻雜元素的注入能量決定，以確保所述石墨烯層的上表面處的摻雜元素濃度最高。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用離子注入制備摻雜石墨烯的方法，其特征在于：所述保護(hù)層的厚度為10-200nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子注入制備摻雜石墨烯的方法，其特征在于：所述保護(hù)層包括氧化鋁層、氧化鉿層、氮化硅層、氧化硅層和氮氧化硅層的其中之一或者幾種的組合。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子注入制備摻雜石墨烯的方法，其特征在于：所述襯底包括鍺襯底，硅襯底，藍(lán)寶石襯底中的一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子注入制備摻雜石墨烯的方法，其特征在于：所述石墨烯生長的生長氣氛為甲烷和氫氣的混合氣體。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用離子注入制備摻雜石墨烯的方法，其特征在于：所述石墨烯生長的生長溫度為900～930℃；生長時間為120-300min；所述甲烷和氫氣的體積流量比為1：10～1：30。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用離子注入制備摻雜石墨烯的方法，其特征在于：所述石墨烯生長的生長溫度為916℃；生長時間為240min；所述甲烷和氫氣的體積流量比為1：15。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子注入制備摻雜石墨烯的方法，其特征在于：所述石墨烯修復(fù)生長的生長氣氛為甲烷和氫氣的混合氣體。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的利用離子注入制備摻雜石墨烯的方法，其特征在于：所述石墨烯修復(fù)生長的生長溫度為900～930℃；生長時間為60～120min；所述甲烷和氫氣的體積流量比為1：20～1：40。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子注入制備摻雜石墨烯的方法，其特征在于：所述石墨烯包括單層石墨烯，雙層石墨烯或多層石墨烯。

14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子注入制備摻雜石墨烯的方法，其特征在于：進(jìn)行n型摻雜時所述摻雜元素選用氮元素，磷元素，砷元素中的一種或幾種組合；進(jìn)行p型摻雜時所述摻雜元素選用硼元素，氯元素，氧元素，硫元素中的一種或幾種組合。