[发明专利]一种石墨烯改良的硅集成储能薄膜及其制备方法

权利要求书

1.一种石墨烯改良的硅集成储能薄膜，其特征在于，包括硅衬底(1)、石墨烯层(2)和储能薄膜层(3)，石墨烯层(2)设置于硅衬底(1)表面，储能薄膜层(3)设置于石墨烯层(2)表面。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改良的硅集成储能薄膜，其特征在于，石墨烯层(2)为单层石墨烯或多层石墨烯。

3.根据权利要求1所述的一种石墨烯改良的硅集成储能薄膜，其特征在于，石墨烯层(2)中，石墨烯的层数为1-10。

4.根据权利要求1所述的一种石墨烯改良的硅集成储能薄膜，其特征在于，所述储能薄膜(3)为铁电薄膜、弛豫铁电薄膜和反铁电薄膜中的一种或多种，所述储能薄膜层(3)采用单层储能薄膜或多层储能薄膜。

5.根据权利要求1所述的一种石墨烯改良的硅集成储能薄膜，其特征在于，所述储能薄膜(3)的厚度为10-1000nm。

6.根据权利要求1所述的一种石墨烯改良的硅集成储能薄膜，其特征在于，所述储能薄膜(3)为0.85BaTiO₃-0.15Bi(Mg_0.5Zr_0.5)O₃薄膜。

7.根据权利要求1所述的一种石墨烯改良的硅集成储能薄膜，其特征在于，所述硅衬底(1)为半导体硅。

8.根据权利要求1所述的一种石墨烯改良的硅集成储能薄膜，其特征在于，所述硅衬底(1)为用硼元素掺杂的P型(100)硅晶片。

9.一种石墨烯改良的硅集成储能薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下过程：

将石墨烯层(2)转移至硅衬底(1)表面，然后进行清洗、烘干；

再在石墨烯层(2)表面制备储能薄膜层(3)，然后进行退火，退火结束后得到所述石墨烯改良的硅集成储能薄膜。

10.根据权利要求9所述的一种石墨烯改良的硅集成储能薄膜的制备方法，其特征在于，还包括对硅衬底(1)的预处理，硅衬底(1)的预处理过程包括：将切割好的硅衬底依次用丙酮、无水乙醇和去离子水进行超声清洗，清洗完后用高压氮气吹干，以去衬底表面的杂质；将清洗干净的硅衬底置于无水乙醇中保存待用；

将石墨烯层(2)转移至硅衬底(1)表面，然后进行清洗、烘干的过程包括：

在单层铜基石墨烯的石墨烯表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯，然后进行烘干使聚甲基丙烯酸甲酯完全固化；将已旋涂聚甲基丙烯酸甲酯的铜基石墨烯漂浮在三氯化铁溶液表面，刻蚀掉单层铜基石墨烯的铜基底，获得聚甲基丙烯酸甲酯支撑的石墨烯膜；将得到的聚甲基丙烯酸甲酯支撑的石墨烯膜转移到去离子水中清洗干净，再转移到已预处理的硅衬底(1)表面，沥干水分并加热烘干；再依次用丙酮、无水乙醇清洗，以溶解石墨烯膜表面的聚甲基丙烯酸甲酯，获得硅基单层石墨烯；

在石墨烯层(2)表面制备储能薄膜层(3)，然后进行退火的过程包括：

在硅基单层石墨烯的石墨烯膜表面通过射频磁控溅射的方法沉积0.85BaTiO₃-0.15Bi(Mg_0.5Zr_0.5)O₃储能薄膜；射频磁控溅射的气压为0.1-1mbar，射频溅射功率为60-150W，硅衬底温度为600-900摄氏度；沉积完成后在沉积温度下进行原位退火，退火气压为200-800mbar，退火保温时间为15-30分钟，然后随设备自然降至室温，得到所述石墨烯改良的硅集成储能薄膜。