[发明专利]一种通过无损掺杂提高石墨烯迁移率的方法

说明书

技术领域

本发明属于掺杂石墨烯领域，特别涉及一种通过无损掺杂提高石墨烯迁移率的方法。

背景技术

石墨烯薄膜材料理论上具备很多优越的性能，例如高电子迁移率、高电流密度、高机械强度等等。正因为这些特性，它被公认为制造透明导电薄膜、高频晶体管、储氢电池，乃至集成电路的理想材料，具有广阔的市场应用前景。但是实际上通过不同方法得到的石墨烯都存在很多缺陷，目前，制备的石墨烯薄膜在生长过程或后续的转移过程会由于各种原因引入缺陷，这些因素在很大程度上降低了石墨烯的电学性质，需要通过掺杂方法进行弥补。

Ha等人（Tae-Jun Ha,Jongho Lee,Sk.Fahad Chowdhury,Deji Akinwande,Peter J.Rossky,and Ananth Dodabalapur，ACS Appl.Mater.Interfaces2013,5,16-20）通过掺杂含氟聚合物使迁移率增大到掺杂前的2倍，然而拉曼测试显示掺杂后的样品D峰明显增强，说明含氟聚合物的掺杂破坏了石墨烯的内部结构，增加了内部碳原子排列的无序度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通过无损掺杂提高石墨烯迁移率的方法，该方法重复性高、简单易行，可以大批量修饰石墨烯薄膜，而对石墨烯薄膜没有破坏作用。

本发明的一种通过无损掺杂提高石墨烯迁移率的方法，包括：

配制水合肼溶液，然后将石墨烯样品放入水合肼溶液中1min-12h，取出后吹干，得到修饰好的石墨烯样品。

所述水合肼溶液为水合肼和水的混合物，其中水合肼和水的体积比为1:10000-1:1。

所述石墨烯样品为生长在绝缘体上的石墨烯样品或生长在导体材料后转移到绝缘体或半导体材料上的石墨烯样品。

绝缘体或半导体材料为碳化硅、硅/二氧化硅、蓝宝石中的一种。

所述生长在导体材料后转移到绝缘体或半导体材料上的石墨烯样品（石墨烯样品中需要通过转移步骤来实现与石墨烯膜结合的半导体或绝缘体材料）可先将绝缘体或半导体材料放入水合肼溶液中浸泡，然后将石墨烯薄膜转移到绝缘体或半导体材料上，可以达到相同的掺杂效果。

本发明一种通过无损掺杂提高石墨烯迁移率的方法，利用水合肼的还原性对化学气相沉积法生长的石墨烯薄膜长期暴露在空气中造成的氧化进行还原处理，去除石墨烯表面形成的氧化性物质，这种掺杂在不破坏石墨烯膜内部结构的前提下，能够显著提高石墨烯的迁移率3倍左右。

有益效果

（1）本发明重复性高、简单易行，可以大批量修饰石墨烯薄膜，而且对石墨烯薄膜没有破坏作用；

（2）本发明能够通过改变水合肼溶液浓度及其与目标衬底的接触时间定性提高石墨烯薄膜的迁移率；

（3）本发明克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为无损掺杂前和掺杂后的石墨烯拉曼光谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

配制水合肼溶液，然后将石墨烯样品(生长温度为950℃)放入水合肼溶液中15min，取出后吹干，得到修饰好的石墨烯样品（样品1），其中水合肼溶液中水合肼和水的体积比为1:70。

实施例2

配制水合肼溶液，然后将石墨烯样品(生长温度为1000℃)放入水合肼溶液中15min，取出后吹干，得到修饰好的石墨烯样品（样品2），其中水合肼溶液中水合肼和水的体积比为1:70。

实施例3

配制水合肼溶液，然后将石墨烯样品(生长温度为1050℃)放入水合肼溶液中15min，取出后吹干，得到修饰好的石墨烯样品（样品3），其中水合肼溶液中水合肼和水的体积比为1:70。

图2显示为实施例1中掺杂前后石墨烯薄膜的拉曼光谱图，通过比较D峰的强度，发现掺杂没有造成D峰的增强，即掺杂没有破坏石墨烯内部结构，没有引入缺陷。

通过测量不同生长条件下得到的石墨烯薄膜的电学性质，发现掺杂后薄膜的迁移率显著提高，而且初始迁移率越低的样品掺杂效果越好，如表1所示，掺杂后石墨烯的迁移率比掺杂前提高约3倍。

表1

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。