[發(fā)明專利]柔性石墨烯基硅納米線異質(zhì)結(jié)的制備與轉(zhuǎn)移方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010071226.6
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111254414B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李連碧;臧源;陳鴻;胡繼超;林生晃;張國青;蒲紅斌;封先鋒;宋立勛;涂喆研;李澤斌;徐永康;王蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 西安工程大學(xué)
• 主分類號: C23C16/24
• 分類號: C23C16/24;C23C16/44;C23C16/56;H01L31/18;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 張皎

本發(fā)明公開了一種柔性石墨烯基硅納米線異質(zhì)結(jié)的制備與轉(zhuǎn)移方法，將石墨烯濕法轉(zhuǎn)移至SiO₂/Si上，采用金屬催化VLS機(jī)制的CVD法(化學(xué)氣相沉積法)，利用2nm厚Au作為催化劑，在石墨烯上直接生長Si納米線。生長溫度為500℃，源氣體SiH₄流量為10sccm，生長壓力1.33×10⁴Pa，生長時(shí)間10分鐘。生長結(jié)束后，關(guān)閉SiH₄氣體閥門，在氬氣保護(hù)下，CVD爐自然冷卻后得到石墨烯基硅納米線異質(zhì)結(jié)。然后，將制備好的石墨烯基硅納米線異質(zhì)結(jié)，旋涂PMMA/PDMS雙支撐膜，利用NaOH溶液刻蝕掉SiO₂，實(shí)現(xiàn)石墨烯基硅納米線異質(zhì)結(jié)的整體轉(zhuǎn)移，得到柔性、可移植的石墨烯基硅納米線異質(zhì)結(jié)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于硅納米線制備及轉(zhuǎn)移技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種柔性石墨烯基硅納米線異質(zhì)結(jié)的制備方法，還涉及納米線異質(zhì)結(jié)的轉(zhuǎn)移方法。

背景技術(shù)

硅作為二十世紀(jì)最重要的半導(dǎo)體材料之一，由于其適宜的帶隙結(jié)構(gòu)，成熟的制造技術(shù)，高可靠性，可控性良好的表面狀態(tài)和低成本的可擴(kuò)展生產(chǎn)以及高速光電探測能力，成為了用于光電探測器的理想半導(dǎo)體材料。然而體硅的剛度限制了其在柔性光電探測器領(lǐng)域的應(yīng)用。硅納米線由于具有獨(dú)特的機(jī)械柔性、優(yōu)異的陷光能力，為新一代高性能柔性光電探測器的開發(fā)提供了可能。研究發(fā)現(xiàn)，硅納米線的獨(dú)特電子限域作用有利于電子和空穴能態(tài)保持分離，能有效延長載流子壽命，展現(xiàn)出了優(yōu)秀的光電特性；同時(shí)，線性的幾何結(jié)構(gòu)，使得其對外力具有很好的彈性，在發(fā)生形變后，材料表面不會產(chǎn)生裂紋。這些特點(diǎn)都使得Si納米線在柔性、可移植、高性能光電探測器領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用前景。

石墨烯在光電器件領(lǐng)域主要應(yīng)用在兩方面，一方面，石墨烯良好的電導(dǎo)性能和透光性能，使它在透明電極方面有非常好的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的太陽能電池所用的透明電極一般為氧化銦錫(ITO)或者為摻氟氧化錫(FTO)。但這些材料本身都具有很高的脆性以及對酸堿的敏感性，成本也越來越高。石墨烯在柔韌性、成本和力學(xué)強(qiáng)度方面的顯著優(yōu)勢，使其作為新的透明導(dǎo)電材料受到了廣泛關(guān)注。另一方面，石墨烯具有從紫外至遠(yuǎn)紅外的寬光譜吸收特性、室溫下超高的載流子遷移率，將石墨烯與半導(dǎo)體材料結(jié)合形成異質(zhì)結(jié)光電器件，可應(yīng)用于超寬譜和超快光電探測器等領(lǐng)域。但是，石墨烯用于光探測也存在著明顯的劣勢。本征石墨烯由于光吸收率低(單層石墨烯對可見光的吸收率僅為2.3％)，石墨烯探測器的光響應(yīng)率較低；石墨烯自身的光生載流子壽命短，僅皮秒左右，難以有效收集，也影響了探測器的光電響應(yīng)度，導(dǎo)致石墨烯探測器無法滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種柔性石墨烯基硅納米線異質(zhì)結(jié)的制備與轉(zhuǎn)移方法，采用金屬催化VLS機(jī)制的CVD法(化學(xué)氣相沉積法)，以石墨烯(Gr)作為基材直接制備硅納米線并整體轉(zhuǎn)移，具有柔性、可移植的特點(diǎn)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，柔性石墨烯基硅納米線異質(zhì)結(jié)的制備方法，采用濕法將石墨烯轉(zhuǎn)移至SiO₂/Si上，并利用CVD法制備石墨烯基硅納米線異質(zhì)結(jié)，具體包括以下步驟：

步驟1.將表面覆蓋有約2nm厚Au的石墨烯基材放入CVD爐中，開啟機(jī)械泵抽真空；

步驟2.待機(jī)械泵將CVD爐內(nèi)氣壓抽真空至l0^-1 Pa，打開分子泵，并將爐腔氣壓抽真空至l×10^-4Pa；

步驟3.關(guān)閉分子泵，并打開氬氣路閥門，調(diào)整氣體流量約為0.1slm，調(diào)節(jié)機(jī)械泵旋鈕，使CVD爐腔體壓力為1.33×10⁴Pa，打開加熱系統(tǒng)，并以35℃/min的速率加熱到500℃；

步驟4.保持500℃的時(shí)間為10min，并通入10sccm的SiH₄；

步驟5.待10分鐘生長結(jié)束后，關(guān)閉SiH₄氣體閥門；在氬氣保護(hù)下，CVD爐自然冷卻到室溫，得到石墨烯基硅納米線異質(zhì)結(jié)。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：