[实用新型]一种石墨烯薄膜及半导体器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种石墨烯薄膜以及具有该石墨烯薄膜的半导体器件。

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。

然而，传统的石墨烯薄膜无论从宏观还是微观均采用平坦表面，包括单原子层石墨烯是微观意上的平坦表面。例如，应用于压电领域中，平坦的石墨烯薄膜在受到外界施加的力作用时产生的变形量很小，而且，在制备时，需要额外在衬底中制备出足够尺寸的空腔，这严重制约了石墨烯薄膜的应用便捷性和广泛性。同时，平坦的石墨烯薄膜的比表面积不是很理想，特别是作为电池的电极、传感器以及光催化器件等更希望具有较大的比表面积和载流子捕获能力。

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石墨烯薄膜，能够产生较多的形变以及具有更好的比表面积。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜具有多个一面具有开口的微空腔结构，微空腔结构是由石墨烯薄膜表面的凸起结构和/或凹陷结构构成；微空腔结构的开口形成于凸起结构的底部和/或凹陷结构的顶部。

优选地，所述石墨烯薄膜具有主平面，所述凸起结构的开口所在平面和/或所述凹陷结构的开口所在平面位于所述石墨烯薄膜的主平面所在平面；或者所述石墨烯薄膜具有主平面，所述凸起结构的开口所在平面和/或所述凹陷结构的开口所在平面与所述石墨烯薄膜的主平面所在平面不相同。

优选地，所述微空腔结构呈阵列排布，相邻行的微空腔结构相间设置。

优选地，每行中凸起结构和凹陷结构相间设置，且相邻行的凸起结构之间相间设置，相邻行的凹陷结构之间相间设置。

优选地，每行中，凸起结构在所述主平面的投影轮廓与所述凹陷结构在所述主平面的投影轮廓相切。

优选地，所述凸起结构与所述凹陷结构为全等图形关系。

优选地，所述微空腔结构的开口在所述主平面的投影轮廓被所述微空腔结构的其它区域在所述主平面的投影轮廓中的最大轮廓所包围。

优选地，所述开口在主平面的投影轮廓的尺寸和所述最大轮廓的尺寸为纳米级，所述开口的投影轮廓的尺寸为所述最大轮廓的尺寸的1/5～1。

优选地，所述微空腔结构的高度为纳米级，所述微空腔结构的高度为所述开口的尺寸的1/4～1。

优选地，所述微空腔结构的开口在所述主平面的投影轮廓包围所述微空腔结构的其它区域在所述主平面的投影轮廓。

优选地，所述开口的尺寸为纳米级，所述微空腔结构的高度为纳米级，所述微空腔结构的高度为所述开口的尺寸的1/4～1。

优选地，所述凸起结构和/或所述凹陷结构在所述主平面的投影轮廓为圆形或矩形，所述开口在所述主平面的投影轮廓为圆形或矩形。

优选地，所述微空腔结构为被开口所截的球体。

优选地，所述凸起结构包括上层结构和与之相连的下层结构，所述上层结构具有平坦表面或弧形表面，所述下层结构为倾斜侧壁，倾斜侧壁由下向上逐渐向外或向内倾斜；凹陷结构为所述凸起结构的倒置。

优选地，仅在所述微空腔结构内壁和/或整个石墨烯薄膜表面形成有金属化合物半导体纳米薄膜。

优选地，所述半导体纳米薄膜为钛合金纳米薄膜和/或锌合金纳米薄膜。

优选地，所述钛合金纳米薄膜的材料为TiOx，x为正数；所述锌合金纳米薄膜为ZnO纳米薄膜。

优选地，所述半导体纳米薄膜由金属化合物的纳米线阵列构成。

优选地，所述半导体纳米薄膜的厚度与所述开口的轮廓尺寸的比例不大于1:3。

优选地，所述石墨烯薄膜为单原子层厚度的石墨烯薄膜。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种探测器，具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为探测部件。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种压力发电器件，其具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为压电转换部件；当外界向石墨烯薄膜的凸起结构和/或凹陷结构施加作用力时，多个所述微空腔结构发生形变，从而产生电能。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种光催化器件，其具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为光催化部件。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种太阳能电池，具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为电极或光电转换部件。