[发明专利]一种以掺杂石墨烯量子点为形核点制备掺杂石墨烯的方法

说明书

本发明公开了一种以掺杂石墨烯量子点为形核点制备掺杂石墨烯的方法，包括如下步骤：制备铜箔衬底，并依次进行清洗、干燥、退火及冷却，然后留作备用；制备掺杂石墨烯量子点，将其旋涂至铜箔衬底表面，自然干燥；放置于CVD热炉中，在氩气和氢气氛围下，通入甲烷，在1000℃条件下甲烷分解，以掺杂石墨烯量子点为形核点外延生长形成掺杂石墨烯；在掺杂石墨烯表面旋涂PMMA的有机溶液；对掺杂石墨烯表面进行烘干，掺杂石墨烯表面的有机溶剂挥发，形成PMMA保护层；将上述样品浸泡至过硫酸铵溶液中，将铜箔衬底腐蚀，然后取出用去离子水冲洗；将样品用滤纸转移至目标衬底，并进行烘烤，使得掺杂石墨烯与目标衬底粘结；将样品转移至丙酮溶液中溶解PMMA保护层。

【技术领域】

本发明涉及一种以掺杂石墨烯量子点为形核点制备掺杂石墨烯的方法，属于石墨烯生产领域。

【背景技术】

石墨烯是二维纳米材料，具有由sp²杂化碳原子组成的蜂窝状六方晶格结构。其独特的结构使其具有出色的热学性能，机械性能和电气性能，可实现各种潜在应用，如热界面材料，超薄保护涂层，高频场效应晶体管和印刷电路。然而，本征石墨烯在电子领域中的应用受到其零带隙特性的限制，获得具有在一定范围内可调节带隙的石墨烯尤其重要。到目前为止，打开带隙的最有效方法之一是通过异质原子掺杂如氮(N)、硼(B)等原子，从而可以实现石墨烯n型或p型半导体性质。

石墨烯的掺杂方法有很多种。如今，石墨烯的掺杂可以通过以下方法制备：(i)直接合成路径，如化学气相沉积(CVD)和电弧放电等，以及(ii)后合成路径，如等离子体暴露，热退火和利用含有异质原子的等离子气体轰击。这些方法中，CVD工艺被认为是制造具有相对高质量的可控掺杂石墨烯薄膜的最有效方法。特别是，大多数学者都被研究氮掺杂石墨烯(NG)所吸引，因为氮原子的大小接近碳原子的大小，并且很容易嵌入石墨烯晶格中以实现掺杂，与碳原子相比，石墨烯晶格中的氮具有进入导带的电子能量，打开石墨烯带隙的同时具有n型掺杂性质，从而获得n型氮掺杂石墨烯半导体。但现有掺杂工艺具有掺杂浓度低，浓度不可控，工艺复杂，成本较高，容易造成环境污染等缺点，限制了掺杂石墨烯的工业化应用。

因此，急需一种制备工艺简单、成本低、质量高、大面积的石墨烯掺杂制备技术，为我国微电子技术进入非硅CMOS时代提供材料和技术支撑。利用掺杂石墨烯量子点为形核点制备掺杂石墨烯可以省去原有的形核过程，实现石墨烯的快速生长，并能够实验高浓度掺杂石墨烯的制备。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提供一种掺杂浓度高，浓度可控，工艺简单，成本较低，环保的以掺杂石墨烯量子点为形核点制备掺杂石墨烯的方法。

解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种以掺杂石墨烯量子点为形核点制备掺杂石墨烯的方法，包括如下步骤：

步骤一：制备铜箔衬底，并依次进行清洗、干燥、退火及冷却，然后留作备用；

步骤二：制备掺杂石墨烯量子点，将其旋涂至铜箔衬底表面，自然干燥；

步骤三：放置于CVD热炉中，在氩气和氢气氛围下，通入甲烷，在1000℃条件下甲烷分解，以掺杂石墨烯量子点为形核点外延生长形成掺杂石墨烯；

步骤四：在掺杂石墨烯表面旋涂PMMA的有机溶液；

步骤五：对掺杂石墨烯表面进行烘干，掺杂石墨烯表面的有机溶剂挥发，形成PMMA保护层；

步骤六：将上述样品浸泡至过硫酸铵溶液中，将铜箔衬底腐蚀，然后取出用去离子水冲洗；

步骤七：将样品用滤纸转移至目标衬底，并进行烘烤，使得掺杂石墨烯与目标衬底粘结；

步骤八：将样品转移至丙酮溶液中溶解PMMA保护层；

步骤九：取出样品，并进行烘干。