[实用新型]单层石墨烯薄膜基复合结构、超级电容器、LED器件、太阳能电池、光催化器件及传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种单层石墨烯薄膜基复合结构及半导体器件。

背景技术

随着半导体技术的发展和技术节点的不断降低，传统的硅材料已经表现出诸多限制和缺陷，由于石墨烯是目前世界上最薄、强度最高、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，所以石墨烯成为理想的硅的替代品。相比于多层石墨烯，极薄的单层石墨烯薄膜表现出更为优秀的导电导热性能和更高的强度，受到越来越多的关注和研究。极薄的单层石墨烯薄膜通常可采用高温分解法和化学气相沉积法等来制备；然而，受到制备条件的限制，由于溶液法的成本较低且利于大规模生产，传统石墨烯基复合材料多采用溶液法制备的多层石墨烯薄膜，多层石墨烯薄膜通常是采用溶液法将氧化石墨烯还原成石墨烯，业界成为还原氧化石墨烯，还原氧化石墨烯上具有较多的官能团和缺陷，还原氧化石墨烯的性能仍然不及单层石墨烯薄膜的性能，并且还原氧化石墨烯的导电率远小于单层石墨烯薄膜的导电率，如果想提高最终器件的质量和载流子迁移性能，就需要采用单层石墨烯薄膜，因此，单层石墨烯薄膜是最具有潜力替代硅来应用于半导体技术领域中。

由于单层石墨烯薄膜是零禁带宽度，而半导体材料是要求具有一定的禁带宽度的，如果能够利用单层石墨烯薄膜的上述优点来应用于半导体技术领域中将会带来更大的技术进步。

实用新型内容

为了克服以上问题，本实用新型旨在提供一种单层石墨烯薄膜基复合结构及其制备方法，从而实现将单层石墨烯薄膜的优点应用于半导体技术中的目的。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种单层石墨烯薄膜基复合结构，包括单层石墨烯薄膜和在单层石墨烯薄膜表面的纳米线垂直阵列；该纳米线垂直阵列包括至少两层纳米线子阵列，至少两层纳米线子阵列的顶部高度不相同，并且同一层的纳米线子阵列的纳米线顶部高度相同，使得纳米线垂直阵列具有高低起伏的顶部。

优选地，所述纳米线垂直阵列的底部通过共价键与所述单层石墨烯表面相键合连接。

优选地，不同层的所述纳米线子阵列之间互不穿插。

优选地，不同层的纳米线子阵列之间按照高低顺序依次排列。

优选地，每层所述纳米线子阵列排布成不封闭图形。

优选地，每层所述纳米线子阵列呈一维阵列排布。

优选地，每层所述纳米线子阵列排布成封闭图形，不同层的纳米线子阵列构成同心封闭图形。

优选地，按照高低顺序依次排列不同层的纳米线子阵列构成一个阵列单元，在一维方向上将所述阵列单元重复排列，从而构成纳米线垂直阵列图案。

优选地，按照高低顺序依次排列不同层的纳米线子阵列构成一个不封闭图形阵列单元或同心封闭图形阵列单元，将该不封闭图形阵列单元或同心封闭图形阵列单元进行倍数递增的多次放大或倍数递减的多次缩小，从而以该不封闭图形阵列单元或同心封闭图形阵列单元的几何中心得到纳米线垂直阵列构成的同心不封闭图案或同心封闭图案。

优选地，所述同心封闭图案为同心圆、同心环或同心回型。

优选地，每层纳米线子阵列的材料不相同。

优选地，其中至少一层纳米线子阵列为II-VII族半导体纳米线阵列。

优选地，其中一层纳米线子阵列为钛合金纳米线子阵列。

优选地，钛合金纳米线子阵列的高度为高度最高的子阵列。

优选地，其中一层纳米线子阵列为锌合金纳米线子阵列。

优选地，锌合金纳米线子阵列为高度最低的纳米线子阵列。

优选地，所述纳米线子阵列的材料相同。

优选地，所述纳米线子阵列的材料选自II-VII族纳米线阵列的一种。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种超级电容器，其包括上述的单层石墨烯薄膜基复合结构。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种LED器件，其包括上述的单层石墨烯薄膜基复合结构。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种太阳能电池，其包括上述的单层石墨烯薄膜基复合结构。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种光催化器件，其包括上述的单层石墨烯薄膜基复合结构。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种传感器，其包括上述的单层石墨烯薄膜基复合结构。