[发明专利]一种利用离子注入制备掺杂石墨烯的方法在审
| 申请号： | 201810736450.5 | 申请日： | 2018-07-06 |
| 公开（公告）号： | CN108862252A | 公开（公告）日： | 2018-11-23 |
| 发明（设计）人： | 张苗;高敏;韩晓雯;贾鹏飞;薛忠营;狄增峰 | 申请（专利权）人： | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所;中国科学院大学 |
| 主分类号： | C01B32/186 | 分类号： | C01B32/186;C01B32/194 |
| 代理公司： | 上海光华专利事务所(普通合伙) 31219 | 代理人： | 余明伟 |
| 地址： | 200050 *** | 国省代码： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 石墨烯 石墨烯层 保护层 制备 掺杂 衬底 离子 生长 离子注入技术 图案化掺杂 应用范围广 修复 掺杂元素 注入区域 掺杂量 可控 | ||
1.一种利用离子注入制备掺杂石墨烯的方法，其特征在于，所述方法包括：
S10、提供一衬底，于所述衬底上使用CVD工艺进行石墨烯生长，形成石墨烯层；
S20、于所述石墨烯层上形成一保护层，所述保护层完全覆盖所述石墨烯层；
S30、使用离子注入技术从所述保护层的上表面向所述石墨烯层中注入掺杂元素；
S40、除去所述保护层，裸露出所述石墨烯层；
S50、使用CVD工艺对裸露出的所述石墨烯层进行石墨烯修复生长，以修复所述石墨烯层中由于离子注入引起的晶格损伤，使掺杂原子移动到晶格点，将掺杂原子激活，进而形成掺杂石墨烯层。
2.根据权利要求1所述的利用离子注入制备掺杂石墨烯的方法，其特征在于，在步骤S50中还包括，于惰性气氛下对裸露出的所述石墨烯层进行退火，接着使用CVD工艺对退火后的所述石墨烯进行石墨烯修复生长，以修复所述石墨烯层中由于离子注入引起的晶格损伤，使掺杂原子移动到晶格点，将掺杂原子激活，进而形成掺杂石墨烯层。
3.根据权利要求2所述的利用离子注入制备掺杂石墨烯的方法，其特征在于：所述退火温度为800-930℃。
4.根据权利要求1所述的利用离子注入制备掺杂石墨烯的方法，其特征在于：所述保护层的厚度由所述掺杂元素的注入能量决定，以确保所述石墨烯层的上表面处的掺杂元素浓度最高。
5.根据权利要求4所述的利用离子注入制备掺杂石墨烯的方法，其特征在于：所述保护层的厚度为10-200nm。
6.根据权利要求1所述的利用离子注入制备掺杂石墨烯的方法，其特征在于：所述保护层包括氧化铝层、氧化铪层、氮化硅层、氧化硅层和氮氧化硅层的其中之一或者几种的组合。
7.根据权利要求1所述的利用离子注入制备掺杂石墨烯的方法，其特征在于：所述衬底包括锗衬底，硅衬底，蓝宝石衬底中的一种。
8.根据权利要求1所述的利用离子注入制备掺杂石墨烯的方法，其特征在于：所述石墨烯生长的生长气氛为甲烷和氢气的混合气体。
9.根据权利要求8所述的利用离子注入制备掺杂石墨烯的方法，其特征在于：所述石墨烯生长的生长温度为900～930℃；生长时间为120-300min；所述甲烷和氢气的体积流量比为1：10～1：30。
10.根据权利要求9所述的利用离子注入制备掺杂石墨烯的方法，其特征在于：所述石墨烯生长的生长温度为916℃；生长时间为240min；所述甲烷和氢气的体积流量比为1：15。
11.根据权利要求1所述的利用离子注入制备掺杂石墨烯的方法，其特征在于：所述石墨烯修复生长的生长气氛为甲烷和氢气的混合气体。
12.根据权利要求11所述的利用离子注入制备掺杂石墨烯的方法，其特征在于：所述石墨烯修复生长的生长温度为900～930℃；生长时间为60～120min；所述甲烷和氢气的体积流量比为1：20～1：40。
13.根据权利要求1所述的利用离子注入制备掺杂石墨烯的方法，其特征在于：所述石墨烯包括单层石墨烯，双层石墨烯或多层石墨烯。
14.根据权利要求1所述的利用离子注入制备掺杂石墨烯的方法，其特征在于：进行n型掺杂时所述掺杂元素选用氮元素，磷元素，砷元素中的一种或几种组合；进行p型掺杂时所述掺杂元素选用硼元素，氯元素，氧元素，硫元素中的一种或几种组合。
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