[發明專利]一種基于石墨烯的二維異質結的制備方法

在審

• 申請號: 202110030792.7
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112768345A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 邢飛;姬廣民;李宗文;吳田鴿;韓雪;田敬坤
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: H01L21/04
• 分類號: H01L21/04;H01L21/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于石墨烯的二維異質結的機械轉移制備方法。該制備方法中，在單晶六方氮化硼襯底上通過機械轉移工藝制備和表征了高質量的剝離單層和雙層石墨烯器件。該方法制備的基于六方氮化硼的石墨烯器件，與二氧化硅負載的石墨烯器件相比，具有更強的遷移率，降低載流子的不均勻性和降低固有摻雜。以可控方式組裝結晶層狀材料為石墨烯電子學的進展奠定了基礎，并使制備更加復雜的石墨烯異質結構得以實現。本發明方法，制備的石墨烯器件結構穩固、結合緊密、性能優越，可用于高質量石墨烯器件制備。

技術領域

本發明提供一種制備方法，具體涉及一種基于石墨烯的二維異質結的制備方法。

背景技術

自首次在石墨烯及其雙膜中觀察到異常量子霍爾效應以來，襯底支撐石墨烯器件的質量并沒有得到改善。在二氧化硅上，載流子遷移率受到來自帶電表面狀態的散射和缺陷、基片表面粗糙度和二氧化硅表面光學聲子的限制。此外，在狄拉克點附近，底物誘導的無序將二維電子氣體分解成一個不均勻的電子網絡和空穴坑，而被困在襯底或石墨烯-襯底界面的帶電雜質導致二維電子氣體摻雜遠離電荷中性。到目前為止，設計二氧化硅替代品的努力通常涉及到其他氧化物，而類似的表面效應仍然是一個問題。

六方氮化硼有望成為改進石墨烯基器件的理想襯底介質。六方氮化硼是石墨的絕緣異構體，硼原子和氮原子占據伯納爾結構中的不等價亞晶格。硼原子和氮原子的不同現場能量導致帶隙變大，與石墨原子的晶格失配小。由于平面六邊形晶格結構的強平面內離子鍵合，六方氮化硼相對惰性，預計不會出現懸空鍵或表面電荷陷阱。此外，原子平面應能抑制石墨烯中的波紋，石墨烯已被證明在機械上符合波紋和平坦表面。此外，六方氮化硼的表面光學聲子模的能量是二氧化硅中類似模的兩倍，這表明六方氮化硼基石墨烯器件的高溫和高電場性能可能優于那些使用典型氧化物/石墨烯疊加的器件。

在標準二氧化硅襯底上的石墨烯器件是高度無序的，所表現出的特性遠遠低于石墨烯的預期固有特性。雖然將石墨烯懸浮在襯底之上可以顯著提高器件的質量，但這種幾何結構對器件的結構和功能造成了嚴重的限制。在襯底支撐的幾何結構中實現懸浮樣樣品質量對石墨烯技術的未來發展至關重要.報道了在單晶六方氮化硼襯底上通過機械轉移工藝制備和表征了高質量的剝離單層和雙層石墨烯器件。變溫磁輸運測量表明，與二氧化硅負載的石墨烯器件相比，六方氮化硼上的石墨烯器件具有增強的遷移率、降低的載流子不均勻性和降低的固有摻雜。以可控方式組裝結晶層狀材料的能力為石墨烯電子學的新進展奠定了基礎，并使更復雜的石墨烯異質結構得以實現。

發明內容

解決的技術問題

本發明的目的是提供一種基于石墨烯的二維異質結的制備方法，用以解決傳統制備方法制備石墨烯器件連接不牢固、質量差、工藝復雜的問題。

本發明的目的是提供一種基于石墨烯的二維異質結的制備方法，有望用于先進制造技術的實現，并可以用于其他二維材料異質結的制備。

本發明實現轉移的方法是基于以下原理：

本發明通過根據聚甲基丙烯酸甲酯對樣品良好的吸附性以及疏水性，易溶于酮類物質設計了基于石墨烯的異質結的制備方法。

完整的技術方案：

本發明的采用的技術方案是：

A.單晶六方氮化硼的制備實現方法為：

A1. 將所要剝離的六方氮化硼塊體層狀薄片置于透明膠帶上；

A2. 進行反復黏貼剝離六方氮化硼塊體材料，使其變為較薄的層狀薄片；

A3. 將膠帶上層狀薄片轉移到硅晶片基底上，靜止一段時間后將膠帶緩慢剝離，使六方氮化硼置留在硅晶片基底上；

A4. 在光學顯微鏡下尋找單層或者多層六方氮化硼層狀材料。

B.單晶石墨烯的制備實現方法為：

B1. 將所要剝離的石墨烯塊體層狀薄片置于透明膠帶上；

B2. 進行反復黏貼剝離石墨烯塊體材料，使其變為較薄的層狀薄片；