一種水基ald誘使的可逆n型石墨烯制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石墨烯的制造領(lǐng)域，涉及一種可逆N型石墨烯的制備方法，特別是涉及一種水基ALD誘使的可逆N型石墨烯制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯(Graphene)是一種碳原子以sp2雜化軌道組成六角形，呈蜂巢晶格排列的單層二維晶體。2004年，Novoselov和Geim的團隊用微機械剝離法制備出室溫下可以穩(wěn)定存在的石墨烯，掀起了石墨烯研究的熱潮。近年來，石墨烯的材料制備、轉(zhuǎn)移、表征以及在半導(dǎo)體，化學(xué)等功能器件上的應(yīng)用的一系列研究相繼展開，進展迅速。由于石墨烯獨特的零帶隙能帶結(jié)構(gòu)，室溫下超高的電子迀移率(理論上可達200，OOOcm2.V 1.s 3，近彈道傳輸?shù)碾娮有再|(zhì)(電子的平均自由程達亞微米量級)，高導(dǎo)熱性等特點，從晶體管到化學(xué)傳感器，再到納米機電器件等領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用潛力。
[0003]為了進一步拓寬石墨烯的應(yīng)用，需對石墨烯進行有效摻雜。石墨烯在曝露于空氣中后，由于會自吸附一些氣體分子，如H20/02分子對等，導(dǎo)致其通常呈現(xiàn)出P型摻雜狀態(tài)，因此，如何制備N型石墨烯是研究的難點和熱點。目前存在的N型摻雜方式一般有三種:一是通過等離子體如NH3，H2等對石墨烯進行表面處理；二是通過離子注入等方式將石墨烯中的部分C原子替換成B等其它原子；三是在石墨烯表面旋涂一層有機物，基于電荷轉(zhuǎn)移摻雜方式對石墨烯形成N摻。等離子體處理和原子替換這兩種方式均對石墨烯結(jié)構(gòu)造成破壞，導(dǎo)致其迀移率顯著下降。而電荷轉(zhuǎn)移摻雜雖不會破壞石墨烯結(jié)構(gòu)，但有機物的引入會污染樣品或設(shè)備，且不利于硅基集成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種水基ALD誘使的可逆N型石墨烯制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中制備N型石墨烯的方法會破壞石墨烯晶體結(jié)構(gòu)、娃基集成難的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種水基ALD誘使的可逆N型石墨烯制備方法，所述制備方法包括步驟:
[0006]I)提供一襯底，在所述襯底表面形成石墨稀層；
[0007]2)將生長有所述石墨烯層的襯底置于ALD腔體中，并將所述ALD腔體溫度升至設(shè)定值，并通入至少一個循環(huán)的去離子水，提高吸附在所述石墨烯層表面的凡0/02分子對中H2O的濃度，從而使&0/02分子對中O 2的濃度相對降低，形成N型石墨烯層。
[0008]可選地，所述步驟I)中，形成于所述襯底表面的石墨烯層，暴露在空氣中時，表面物理吸附&0/02分子對使所述石墨烯層轉(zhuǎn)變?yōu)镻型石墨烯層。
[0009]可選地，以步驟2)中形成的所述N型石墨烯層表面的水分子作為成核點，在所述N型石墨烯層表面生長高k介質(zhì)層，作為隔離層。
[0010]可選地，所述高k介質(zhì)層為Al2O3或者HfO 2。
[0011]可選地，對所述步驟2)中的N型石墨烯層進行高溫?zé)嵬嘶鹛幚?，所述N型石墨烯層可逆轉(zhuǎn)變?yōu)镻型石墨烯層。
[0012]可選地，所述高溫?zé)嵬嘶鹛幚戆?在真空環(huán)境或惰性氣氛中，在400°C?600°C溫度下，保持0.5?3分鐘后冷卻降溫。
[0013]可選地，通入I?5個循環(huán)的所述去離子水。
[0014]可選地，所述襯底為半導(dǎo)體襯底、絕緣襯底或者柔性襯底。
[0015]可選地，所述半導(dǎo)體襯底為S1、Ge或GaN中的一種，所述絕緣襯底為Si02、Al203或!1?)2中的一種，所述柔性襯底為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
[0016]可選地，所述步驟2)中，所述設(shè)定值的范圍為80?130°C。
[0017]如上所述，本發(fā)明的水基ALD誘使的可逆N型石墨烯制備方法，包括步驟:首先，提供一襯底，在所述襯底表面形成石墨烯層；然后將生長有所述石墨烯層的襯底置于ALD腔體中，并將所述ALD腔體溫度升至設(shè)定值，通入至少一個循環(huán)的去離子水，提高吸附在所述石墨稀層表面的&0/02分子對中H2O的濃度，從而使1120/02分子對中O 2的濃度相對降低，形成N型石墨烯層。本發(fā)明的水基ALD誘使的可逆N型石墨烯制備方法，不會破壞石墨烯晶體結(jié)構(gòu)，易于硅基集成，簡單高效，且該法制備的N型石墨烯層具有可逆性，在高溫退火下可被修復(fù)形成P型石墨烯層。
【附圖說明】
[0018]圖1?4為本發(fā)明水基ALD誘使的可逆N型石墨烯制備方法的結(jié)構(gòu)流程示意圖。
[0019]元件標(biāo)號說明
[0020]10襯底
[0021]20石墨烯層
[0022]30N型石墨烯層
[0023]40高k介質(zhì)層
【具體實施方式】
[0024]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0025]請參閱附圖1?圖4。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0026]本發(fā)明提供一種水基ALD誘使的可逆N型石墨烯制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟:
[0027]首先，如圖1所示，提供一襯底10，在所述襯底10表面形成石墨烯層20。
[0028]所述襯底10可以是31、66、6&1^等半導(dǎo)體中的任一種、或者是310231203、!1?)2等絕緣體中的任一種，還可以是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等柔性襯底中的任一種。本實施例中，所述襯底10為半導(dǎo)體Si襯底。
[0029]所述石墨烯層20可以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)生長轉(zhuǎn)移到襯底，也可以是直接通過機械剝離的方法得到。本實施例優(yōu)選為采用CVD生長轉(zhuǎn)移得到，即，先通過化學(xué)氣相沉積工藝將石墨烯層20生長在一目標(biāo)襯底上，之后再將石墨烯層20轉(zhuǎn)移至本發(fā)明的襯底10表面。
[0030]需要說明的是，形成在襯底10表面的石墨烯層20，暴露在空氣中時，表面物理吸附自吸附一些氣體分子，如&0/02分子對等，使所述石墨烯層20轉(zhuǎn)變?yōu)镻型石墨烯層。
[0031]然后，如圖2所示，將生長有所述石墨烯層20的襯底置于ALD腔體中，并將所述ALD腔體溫度升至設(shè)定值，通入至少一個循環(huán)的去離子水，提高吸附