[发明专利]一种基于原子力显微术的石墨烯晶向快速检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯晶向检测技术，具体是一种基于原子力显微术的石墨烯晶向快速检测方法，主要用于石墨烯加工制造领域。

背景技术

石墨烯具有优异的电学、物理和机械性能，在纳米器件方面已表现出不凡的性能，如高速自冷却FET、高灵敏传感器、超级电容等。近来，IBM成功研制出了迄今为止运行速度最快的射频石墨烯晶体管，其截止频率高达155GHz，远远超过目前最先进的具有相同栅极长度的硅晶体管(40GHz)。石墨烯被普遍认为是下一代芯片制造的理想材料。

然而，本征石墨烯没有能隙，因此石墨烯基晶体管无法被完全关闭，并不能实现传统晶体管的功能，这一缺陷将极大地限制它在纳米半导体器件方面的应用。理论和实验研究表明，石墨烯的电学性质与其边缘结构、几何构型密切相关，根据边缘结构不同，石墨烯可以显现不同电特性，其能隙宽度由其几何构型所决定。因此，有效的石墨烯结构切割剪裁技术可以实现其电学特性的调控，进而推动石墨烯基纳米器件的广泛应用。

目前已有的石墨烯切割剪裁技术，虽然能够在石墨烯上构建纳米结构，但是都为“盲加工”，是缺乏石墨烯晶格方向指导下的切割剪裁。无法实现具有特定边缘结构的几何构型剪裁，而研究表明，依据不同的边缘结构，石墨烯将呈现出不同的电学性质(金属性或半导体性)。因此，急需建立一种快速、有效的石墨烯晶向检测方法，在切割剪裁前，快速、准确地将石墨烯的晶向检测出来。这将极大地推进石墨烯在纳米器件方面的应用，对制造领域和国民经济意义重大。但目前还没有这方面的报道。

发明内容

针对现有技术的上述不足之处，本发明的目的是提供一种基于原子力显微术的石墨烯快速检测方法，可在室温、大气环境下在晶圆级大面积石墨烯上实现晶向的快速、准确检测，从而为特定边缘结构石墨烯基纳米器件的制造奠定基础。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于原子力显微术的石墨烯晶向快速检测方法，包括以下步骤：

利用原子力显微镜在石墨烯样品上任意获取一条摩擦力扫描线，得到该扫描线的摩擦力信号；

对所述扫描线数据进行快速傅立叶变换，依据功率谱设计离散小波变换；

对所述扫描线数据小波变换进行分解，提取相关频域的摩擦力信号的数据；

对小波变换后的摩擦力数据进行快速傅立叶变换，获得摩擦力功率谱分布；

根据功率谱分布的不同进行石墨烯不同晶向的判别。

所述摩擦力扫描线不小于5nm。

所述小波变换为

DWTx(iTs,a)=Tx1aΣnx(nTs)ψ*((n-i)Tsa)---(1)]]>