[发明专利]掺杂石墨烯及石墨烯PN结器件的制备方法

权利要求书

1.一种掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，所述掺杂石墨烯的制备方法至少包括：

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型掺杂元素和P型掺杂元素，以分别形成富N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，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型掺杂元素和P型掺杂元素在所述铜镍合金衬底的表面聚集；然后在甲烷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型掺杂石墨烯和P型掺杂石墨烯；最后缓慢冷却降至室温；其具体方法为：

将掺杂元素注入后的所述铜衬底放入反应器中，在800℃～1050℃高温和惰性气体的环境下进行第一阶段保温，保温时间为10min～60min，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型掺杂元素和P型掺杂元素在所述铜镍合金衬底的表面聚集；

然后将流量为1sccm～10sccm的甲烷通入所述反应器中进行第二阶段保温，保温时间为10min～60min，以将聚集在所述铜镍合金衬底表面的N型掺杂元素和P型掺杂元素作为形核点，分别在所述富N型掺杂元素区和所述富P型掺杂元素区形成N型掺杂石墨烯和P型掺杂石墨烯；

最后缓慢冷却降至室温。

2.根据权利要求1所述的掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，在所述特定区域分别注入N型掺杂元素和P型掺杂元素，以分别形成富N型掺杂元素区和富P型掺杂元素区的方法，至少包括如下步骤：

在所述镍薄膜层上选择一特定区域，在所述特定区域上形成第一掩膜层，图形化所述第一掩膜层，暴露出所述特定区域中需要注入N型掺杂元素的位置；

在所述特定区域注入N型掺杂元素，以图形化后的第一掩膜层为掩膜，在所述需要注入N型掺杂元素的位置形成富N型掺杂元素区；

将所述图形化后的第一掩膜层去除；

在所述特定区域上形成第二掩膜层，图形化所述第二掩膜层，暴露出所述特定区域中需要注入P型掺杂元素的位置；其中，图形化后的第二掩膜层覆盖所述富N型掺杂元素区；

在所述特定区域注入P型掺杂元素，以图形化后的第二掩膜层为掩膜，在所述需要注入P型掺杂元素的位置形成富P型掺杂元素区；

将所述图形化后的第二掩膜层去除。

3.根据权利要求2所述的掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，所述第一掩膜层和所述第二掩膜层均采用光刻胶。

4.根据权利要求1所述的掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气或者氦气。

5.根据权利要求1所述的掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，所述N型掺杂元素为氮、磷或者砷，其注入能量为5keV～30keV、注入剂量为1E15～1E17。

6.根据权利要求1所述的掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，所述P型掺杂元素为硼或者硫，其注入能量为5keV～30keV、注入剂量为1E15～1E17。

7.根据权利要求1所述的掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，在所述铜衬底上形成镍薄膜层的方法至少包括：电子束蒸发、电镀或者磁控溅射。

8.根据权利要求1所述的掺杂石墨烯的制备方法，其特征在于，所述镍薄膜层的厚度为10nm～1μm。

9.一种石墨烯PN结器件的制备方法，其特征在于，所述石墨烯PN结器件的制备方法至少包括：

采用如权利要求1-8任一项所述的掺杂石墨烯的制备方法，得到N型掺杂石墨烯和P型掺杂石墨烯；

将所述N型掺杂石墨烯和所述P型掺杂石墨烯从所述铜镍合金衬底上转移至二氧化硅衬底上；

分别在所述N型掺杂石墨烯和所述P型掺杂石墨烯上制备电极，形成石墨烯PN结器件。