[发明专利]一种水基ALD诱使的可逆N型石墨烯制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯的制造领域，涉及一种可逆N型石墨烯的制备方法，特别是涉及一种水基ALD诱使的可逆N型石墨烯制备方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种碳原子以sp²杂化轨道组成六角形，呈蜂巢晶格排列的单层二维晶体。2004年，Novoselov和Geim的团队用微机械剥离法制备出室温下可以稳定存在的石墨烯,掀起了石墨烯研究的热潮。近年来,石墨烯的材料制备、转移、表征以及在半导体，化学等功能器件上的应用的一系列研究相继展开，进展迅速。由于石墨烯独特的零带隙能带结构，室温下超高的电子迁移率(理论上可达200,000cm²·V^-1·s^-1)，近弹道传输的电子性质(电子的平均自由程达亚微米量级)，高导热性等特点，从晶体管到化学传感器，再到纳米机电器件等领域有着很大的应用潜力。

为了进一步拓宽石墨烯的应用，需对石墨烯进行有效掺杂。石墨烯在曝露于空气中后，由于会自吸附一些气体分子，如H₂O/O₂分子对等，导致其通常呈现出P型掺杂状态，因此，如何制备N型石墨烯是研究的难点和热点。目前存在的N型掺杂方式一般有三种：一是通过等离子体如NH₃，H₂等对石墨烯进行表面处理；二是通过离子注入等方式将石墨烯中的部分C原子替换成B等其它原子；三是在石墨烯表面旋涂一层有机物，基于电荷转移掺杂方式对石墨烯形成N掺。等离子体处理和原子替换这两种方式均对石墨烯结构造成破坏，导致其迁移率显著下降。而电荷转移掺杂虽不会破坏石墨烯结构，但有机物的引入会污染样品或设备，且不利于硅基集成。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种水基ALD诱使的可逆N型石墨烯制备方法，用于解决现有技术中制备N型石墨烯的方法会破坏石墨烯晶体结构、硅基集成难的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种水基ALD诱使的可逆N型石墨烯制备方法，所述制备方法包括步骤：

1)提供一衬底，在所述衬底表面形成石墨烯层；

2)将生长有所述石墨烯层的衬底置于ALD腔体中，并将所述ALD腔体温度升至设定值，并通入至少一个循环的去离子水，提高吸附在所述石墨烯层表面的H₂O/O₂分子对中H₂O的浓度，从而使H₂O/O₂分子对中O₂的浓度相对降低，形成N型石墨烯层。

可选地，所述步骤1)中，形成于所述衬底表面的石墨烯层，暴露在空气中时，表面物理吸附H₂O/O₂分子对使所述石墨烯层转变为P型石墨烯层。

可选地，以步骤2)中形成的所述N型石墨烯层表面的水分子作为成核点，在所述N型石墨烯层表面生长高k介质层，作为隔离层。

可选地，所述高k介质层为Al₂O₃或者HfO₂。

可选地，对所述步骤2)中的N型石墨烯层进行高温热退火处理，所述N型石墨烯层可逆转变为P型石墨烯层。

可选地，所述高温热退火处理包括：在真空环境或惰性气氛中，在400℃～600℃温度下，保持0.5～3分钟后冷却降温。

可选地，通入1～5个循环的所述去离子水。

可选地，所述衬底为半导体衬底、绝缘衬底或者柔性衬底。

可选地，所述半导体衬底为Si、Ge或GaN中的一种，所述绝缘衬底为SiO₂、Al₂O₃或HfO₂中的一种，所述柔性衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯。

可选地，所述步骤2)中，所述设定值的范围为80～130℃。