[发明专利]一种掺杂型石墨烯纳米带光电子器件的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域，涉及一种掺杂型石墨烯纳米带光电子器件的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由sp²杂化碳原子紧密堆砌成单层二维蜂窝状晶格结构的新型纳米材料。虽然1970年就首次报道了石墨烯纳米片的生产方法，但第一片孤立单层石墨烯是在2004年通过微机械剥离石墨而制备得到。石墨烯之所以能引起研究者们的广泛关注，关键在于其优越的性能。至今为止，石墨烯是宇宙中最薄的一种材料，厚度约为0.35nm。石墨烯的力学强度比任何材料的力学强度都高，单层石墨烯测量的弹性模量为1TPa，极限强度可达130GPa，是钢的300倍。再者，单层石墨烯具有很高的电导率，达6000S/cm，与碳纳米管不同，并不影响石墨烯的电导率。外加上极高的表面积(理论值：2630m2/g)和优异的气密性等性能，预示着石墨烯在提高材料机械性能、电性能、热性能和气体阻隔性方面有着巨大的潜力。

但本征石墨烯在应用上仍有缺陷，如存在带隙的材料能通过电子在能级上的跃迁发出光子，而石墨烯是一种零带隙材料，几乎不可能通过石墨烯观察发光现象。然而，采用掺杂，部分还原和表面钝化氧化石墨烯，将石墨烯相关材料解离至纳米尺寸的石墨烯片层等方法，能打开石墨烯的能带隙，从而观察到发光现象。通过理论预测和实验证明，改变石墨烯的形貌(尺寸，形状和厚度)能有效地改变石墨烯的性质。如今已有各种形态的石墨烯，如一维石墨烯纳米带(GNRs)，一维石墨烯纳米棒和零维石墨烯量子点(GQDs)通过减少GNRs的宽度，可提高石墨烯的能带值。GQDs具有良好的边界效应，非常适用于生产纳米微型光学电子器件。随着研究的不断深入，研究者们已不仅只专注于石墨烯本身功能性研究，更加重视在设备中的实际应用。本征石墨烯的活性位点不够，不具有选择性，在实际应用中不具备很好的匹配度；而且石墨烯基材料在酸性介质下的氧化还原反应(ORR)中催化活性较低，不足以替代贵金属作为电催化剂。为了弥补石墨烯的缺陷，除了对石墨烯进行控制形貌外，对石墨烯进行掺杂是另外一种有效的方法。掺杂可以打开石墨烯的能带隙，杂质原子能影响石墨烯的酸碱特性，改变电化学性能和催化性能。

纳米半导体材料具有优异的电学和光学性质，引起了人们广泛的研究兴趣，因此掺杂型石墨烯纳米带光电子器件具有重要的研究意义。目前，现有技术中急需一种掺杂型石墨烯纳米带光电子器件的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺杂型石墨烯纳米带光电子器件的制备方法。

其具体技术方案为：

一种掺杂型石墨烯纳米带光电子器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、掺杂型石墨烯纳米带的制备

提供一铜衬底，在所述铜衬底上形成镍薄膜层；在所述镍薄膜层上选择一特定区域，在所述特定区域分别注入N型掺杂元素、B型掺杂元素和P型掺杂元素，以分别形成富N型掺杂元素区、富B型掺杂元素区和富P型掺杂元素区；对掺杂元素注入后的所述铜衬底进行第一阶段保温，在三温区管式炉中进行，首先对炉子进行机械抽真空，待气压降低到20Pa以下，开启分子泵抽至10³帕斯卡，接着对炉腔进行加热并持续通入氨氢混合气体，气体流量恒定为20sccm并保持压强在100Torr，以使所述铜衬底和所述镍薄膜层形成铜镍合金衬底，从而使注入到所述镍薄膜层特定区域中的N型掺杂元素、B型掺杂元素和P型掺杂元素在所述铜镍合金衬底的表面聚集；然后在氩氢混合气体环境下进行第二阶段保温，以分别在所述富N型掺杂元素区和所述富P型掺杂元素区得到N型掺杂石墨烯、B型掺杂石墨烯和P型掺杂石墨烯；最后缓慢冷却降至室温；

步骤2、纳米材料的转移

将步骤1制备的掺杂型石墨烯纳米带放入酒精中，形成悬浮液，然后将悬浮液滴在带有绝缘层的硅衬底上，然后防止在烘胶台上烘烤，使酒精挥发，重复3-5次，直到纳米带转移到衬底上；

步骤3、电极图案的转移

在硅片上涂上对光敏感的光刻胶，光透过掩模板把掩膜版上的图形转移到光刻胶上，然后将曝光后带有光刻胶的衬底放入显影液中发生反应，把溶解的部分去掉，在光刻层下留下一个孔，这个孔和掩模板的图形相对应。

步骤4、电极的制备

对纳米材料进行电极蒸镀。

进一步，步骤4中，电极蒸镀的厚度为45-55nm。

进一步，步骤4中，电极蒸镀后，把光刻胶的部分溶解掉，把沉积后的衬底放入丙酮中，光刻胶与丙酮反应溶解。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：