[发明专利]一种石墨烯掺杂制备和修复方法

说明书

本发明属于半导体制备领域，公开了一种石墨烯掺杂制备及修复方法，由以下步骤组成：先采用CVD法在特定基底上生长石墨烯薄膜；将石墨烯薄膜转移到需要的基底表面，用氧等离子体对石墨烯进行刻蚀出需要的形状；然后采用MPCVD法对石墨烯进行N型或P型元素掺杂，并分别在掺杂的同时对半导体石墨烯进行修复。本发明制备的半导体石墨烯，可适用的基底更加广泛，同时掺杂元素浓度可控，另外通过修复可以使半导体中的部分石墨烯缺陷得到改善，并使得一片一片的半导体石墨烯形成一定面积的半导体石墨烯薄膜，阻抗更低，响应时间更快。

技术领域

本发明属于半导体制备技术领域，尤其涉及一种石墨烯掺杂制备和修复方法。

背景技术

石墨烯是一种有单层C原子构成的二维材料，由于自身优异的电学性质和机械性能，石墨烯已成为后摩尔时代替代硅的候选材料之一。但是，本征石墨烯为零带隙的半导体或半金属，这限制了石墨烯在半导体领域的应用和发展。通过晶格掺杂，将石墨烯中的部分碳原子与其他原子进行替换，从而使得掺杂石墨烯出现多电子或者空穴的性质，即获得了N型或者P型掺杂半导体石墨烯，且通过晶格掺杂的半导体石墨烯，性能稳定，工业化应用具有巨大的前景。

一般石墨烯在微电子学应用中，需要采用转移技术如PMMA转移、Roll to Roll转移、PDMS转移等将石墨烯转移到需要的集成电路表面，然后再进行掺杂修饰使用。在转移和掺杂的过程中，容易出现石墨烯薄膜断裂、表面附着杂质，从而引起半导体石墨烯出现阻抗变高等现象。因此，如何制备大尺寸的石墨烯薄膜，并且保持掺杂后石墨烯薄膜的优异电学性能以及平面尺寸的完整性，是石墨烯在微电子学应用中需要解决的一大难题。

中国专利号CN103787318B提出一种还原氧化石墨烯的修复方法，将还原氧化石墨烯分散于溶剂中，然后加入第一路易斯酸及含甲基或亚甲基的化合物微波反应并回流反应，之后在加入第二路易斯酸及芳烃修补剂进行第二次反应，最后在碳源的保护气中进行最后的修复。此方法，工艺比较繁琐，且过程中引入了大量的化学试剂和助剂，污染严重，最终修复的石墨烯中容易引入较多杂质。且因为还原氧化石墨烯中石墨烯的结构缺陷较多，修复难度大，所以此发明的修复效果有限。再如，中国专利号CN105655242B提出掺杂石墨烯和石墨烯PN结制备方法，提出在铜箔表面镀上一层镍薄膜层，然后再镍薄膜层上设置N型离子和P型离子区域，并在一定的温度下，使得铜镍形成合金，最后在甲烷的气体氛围中，一定温度下分别在相应的N型离子区和P型离子区，形成N型掺杂石墨烯和P型掺杂石墨烯。这种方法通过离子注入，预先将掺杂元素注入到某个特性区域，然后再制备石墨烯薄膜，石墨烯薄膜与对应区域的掺杂元素在特性条件些结合形成相应的掺杂石墨烯。这种掺杂方法，掺杂浓度难以控制，且稳定性差，并且在甲烷气氛中形成的石墨烯依然存在难以成膜，阻抗大的问题。

综上所述，现有技术存在的问题是：在石墨烯转移和掺杂的过程中，石墨烯容易出现表面褶皱，平面尺寸不完整，表面附着杂质，掺杂浓度不稳定等问题，从而使得微电子学应用领域中，半导体石墨烯的阻抗变高、伏安性质不稳定、电子传输速率减慢等现象，从而限制了石墨烯在微电子学领域的应用与发展。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种石墨烯掺杂制备和修复方法。本发明通过CVD法制备高品质大尺寸的石墨烯薄膜，优先保证石墨烯的品质完好，然后通过MPCVD法进行掺杂，反应温度低，适用基材更加广泛，且掺杂浓度容易控制，最后对掺杂后的石墨烯优选的地进行修复，可以有效解决石墨烯在转移和掺杂的过程中容易出现表面褶皱，平面尺寸不完整，表面附着杂质等问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种石墨烯掺杂制备和修复方法，所述的石墨烯掺杂制备和修复方法由以下步骤组成：

S01：先采用CVD法在特定基底上生长石墨烯薄膜；