[发明专利]纳米线与石墨烯的复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种纳米线与石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)提供SGOI衬底，所述SGOI衬底由下至上依次包括硅衬底、埋氧层及SiGe层；

2)刻蚀所述SiGe层，形成预定尺寸的条状SiGe阵列；

3)将步骤2)得到的结构进行锗浓缩，得到表面被SiO₂层包裹的Ge或SiGe纳米线；

4)去除包裹在所述Ge或SiGe纳米线表面的所述SiO₂层，得到Ge或SiGe纳米线阵列；

5)在所述Ge或SiGe纳米线阵列上生长石墨烯。

2.根据权利要求1所述的纳米线与石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述SiGe层中Ge的组分小于40％。

3.根据权利要求1所述的纳米线与石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中，刻蚀所述SiGe层形成的条状SiGe的宽度为100nm-500nm。

4.根据权利要求1所述的纳米线与石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中，锗浓缩的步骤包括：

31)：将步骤2)得到的结构首先在第一预设温度的含氧气氛下中氧化第一预设时间，然后在第一预设温度的氮气气氛中保持第二预设时间；

32)：重复步骤31)若干次直至所述条状SiGe中的Ge组分达到预设的组分；

33)：将温度下降至第二预设温度，并将步骤32)得到的结构首先在所述第二预设温度的含氧气氛下氧化第三预设时间，然后在所述第二预设温度的氮气气氛中保持第四预设时间；

34)：重复步骤33)若干次直至完成锗浓缩，得到所述表面被SiO₂层包裹的Ge或SiGe纳米线。

5.根据权利要求4所述的纳米线与石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于：所述第一预设温度为1050℃，所述第一预设时间及所述第二预设时间均为60分钟；所述第二预设温度为900℃，所述第三预设时间及所述第四预设时间均为90分钟。

6.根据权利要求1所述的纳米线与石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中，包裹所述Ge或SiGe纳米线的SiO₂层的厚度为80-100nm。

7.根据权利要1所述的纳米线与石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述Ge或SiGe纳米线的形状为圆柱形，所述Ge或SiGe纳米线的直径为50nm～100nm。

8.根据权利要求1所述的纳米线与石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤4)中，利用湿法腐蚀去除包裹在所述Ge或SiGe纳米线表面的SiO₂层，所使用的腐蚀溶液为稀释的氢氟酸。

9.根据权利要求1所述的纳米线与石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤5)中，采用化学气相沉积法在所述Ge或SiGe纳米线阵列上生长所述石墨烯。

10.根据权利要求9所述的纳米线与石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于，采用化学气相沉积法在所述Ge或SiGe纳米线阵列上生长所述石墨烯包括以下步骤：

51)将步骤4)得到的结构置于化学气相沉积反应炉中；

52)向所述反应炉内通入惰性气体及氢气；

53)在预设生长温度下向所述反应炉内通入碳源气体进行反应，在所述Ge或SiGe纳米线阵列上生长所述石墨烯；

54)停止通入碳源气体，在氢气及惰性气体保护气氛中对所述反应炉进行降温。

11.根据权利要求10所述的纳米线与石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤52)中，氢气的流量为5sccm～50sccm，惰性气体的流量为100sccm～500sccm；通入惰性气体及氢气的时间为5分钟～60分钟。

12.根据权利要求10所述的纳米线与石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤53)中，预设生长温度为800℃～920℃；碳源气体的流量为0.1sccm～2sccm；生长时间为10分钟～500分钟。

13.根据权利要求10所述的纳米线与石墨烯的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤53)中，所述碳源气体为甲烷、乙烯、乙炔及苯中的至少一种。

14.一种纳米线与石墨烯的复合材料，其特征在于，所述纳米线与石墨烯的复合材料通过如权利要求1至13中任一项所述的制备方法制备而成。