[发明专利]Ni金属膜覆盖Si3N4衬底生长浓度可控石墨烯材料的方法

摘要

本发明公开了一种Ni金属膜覆盖Si3N4衬底生长浓度可控石墨烯材料的方法，涉及石墨烯的制造方法技术领域。在基板衬底表面外延生长Si3N4形成Si3N4/template复合结构，在Si3N4表面生长Ni金属膜，利用高温热退火，使得Ni原子与Si3N4中Si原子结合形成Ni2Si合金；去除Ni2Si合金，Si3N4表面剩余N原子出现不饱和键，N原子重构形成N-N键，在Si3N4表面形成富N结构；将Si3N4/template复合衬底放入CVD反应炉中，生长少层石墨烯，在石墨烯生长过程中，Si3N4表面N-N键断裂，N原子与C原子重构形成石墨烯，N原子进入石墨烯晶格，从而实现对石墨烯的掺杂。

主权项

一种Ni金属膜覆盖Si3N4衬底生长浓度可控石墨烯材料的方法，其特征在于包括以下步骤：1）选择基板衬底，在基板衬底的上表面外延生长Si3N4，形成由Si3N4/基板衬底构成的复合衬底；2）对上述复合衬底进行清洗并烘干；3）在烘干后的由Si3N4/基板衬底构成的复合衬底上表面生长Ni金属膜，形成由Ni/Si3N4/基板衬底构成的复合衬底；4）将由Ni/Si3N4/基板衬底构成的复合衬底放入到高温合金炉中，在高温下Ni原子与Si3N4中Si原子形成Ni2Si合金，Si3N4表面剩余N原子出现不饱和键，N原子重构形成N‑N键，在Si3N4表面形成富N结构，Ni金属膜厚度与合金温度决定了Si3N4衬底表面不饱和N原子数量；5）对合金后的复合衬底使用刻蚀剂去除表层的Ni2Si合金，将表面富N的由Si3N4/基板衬底构成的复合衬底按照步骤2）进行处理；6）将步骤5）处理后的复合衬底放入到CVD设备中，加热升温，通入氩气，氢气和气态碳源，在由Si3N4/基板衬底构成的复合衬底表面得到1‑10层N型掺杂的片层石墨烯，形成浓度可控的石墨烯材料。