[发明专利]一种氧化锌石墨烯场效应管的制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化锌石墨烯场效应管的制备方法，在金属基底上用化学气相法制备石墨烯薄膜；然后以石墨烯薄膜为沟道制备场效应管；最后石墨烯基场效应管的沟道上固定放置氧化锌微米棒。氧化锌微米棒作为混合异质结的一维材料直接固定于石墨烯场效应管的沟道中，作为提供寿命长的空穴以及光电接收材料，不会伤害氧化锌和石墨烯的表面；从而利用氧化锌对紫外光比较敏感的优异特性将二维石墨烯的超高载流子迁移率与一维氧化锌微米棒的超长载流子寿命的优势结合，制得性能优良的氧化锌石墨烯场效应管。

技术领域

本发明涉及电化学材料的制备，尤其涉及一种氧化锌石墨烯场效应管的制备方法。

背景技术

氧化锌(ZnO)是一种重要的II-VI族半导体材料，具有宽直接带隙(3.37eV)和高激子束缚能(60meV)，同时具有无毒无害、环境友好等特点，在包括紫外激光、太阳能电池、光催化及气体传感器等领域有着重要应用。

氧化锌石墨烯复合材料具有WGM效应，利用氧化锌对紫外光比较敏感的优异特性将二维石墨烯的超高载流子迁移率与一维氧化锌微米棒的超长载流子寿命的优势结合，能增加石墨烯的功能应用，同时也能提高宿主材料的性能，因此具有重要意义。近年来，石墨烯基复合材料作为一种新兴的材料带来了新的应用。现有技术中，研究者已通过诸如超声喷雾热解法、水热法、溶剂热法和微波辅助的还原方法等合成了石墨烯基复合材料；但这些复合材料制备过程较繁琐、影响因素多、且在制备过程中会破坏另一种材料的完整度，最终影响场效应管的构建效果。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种氧化锌石墨烯场效应管的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：一种氧化锌石墨烯场效应管的制备方法，包括如下步骤：

(1)在金属基底上用化学气相法制备石墨烯薄膜；

(2)以石墨烯薄膜为沟道制备场效应管；

(3)在步骤(2)所述石墨烯基场效应管的沟道上固定放置氧化锌微米棒。

优选地，步骤(1)中所述金属基底为铜基底或铂基底。

进一步地，步骤(1)所述的化学气相法中，具体步骤为：把基底金属箔片放入炉中，通入氢气和氩气或者氮气保护加热至1000℃左右，稳定温度，保持20min左右；然后停止通入保护气体，改通入碳源气体，大约30min，反应完成；切断电源，关闭甲烷气体，再通入保护气体排净甲烷气体，在保护气体的环境下直至管子冷却到室温，取出金属箔片，得到金属箔片上的石墨烯。

进一步地，步骤(2)所述以石墨烯薄膜为沟道制备场效应管的方法包括光刻、刻蚀以及电子束蒸镀。

其中，光刻工艺包括旋涂、曝光、前烘、显影以及后烘等技术，光刻所使用的光刻胶是正胶光刻胶，所使用的掩模版为5寸铬板，设计的沟道长度最小为10微米，最大为100微米；显影液于光刻胶对应，显影时间为30s～100s；前烘后烘的时间为60s～120s，温度控制在90℃～120℃。

进一步地，刻蚀工艺目的在于将沟道外的石墨烯去除掉，从而得到图案化石墨烯；其中刻蚀时间控制在1～5min，功率控制在10W～100W，氧通量为10～80sccm。

进一步地，电子束蒸镀工艺制备的金属为合金电极，所述合金电极为源、漏电极为5～15nm Gr和45～55nm Au。

进一步地，步骤(3)所述固定放置氧化锌微米棒包括如下步骤：

(a)用液态银浆将氧化锌微米棒的任意一端固定在石墨烯基场效应管的沟道中；

(b)拨动氧化锌微米棒的另一端，使其处于沟道中，不与旁边的金属电极接触，得到样品A；

(c)将样品A固定端的液态银浆烘干、退火，从而完成氧化锌微米棒的固定放置。