CN101979707B - 一种用于原子层沉积制备石墨烯薄膜的碳化学吸附方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石墨烯的制备技术，具体涉及一种用于原子层沉积制备石墨烯薄膜的碳化学吸附方法，通过形成一种含有碳原子且碳原子具有未成键电子的物质，与衬底表面原子形成共价键，实现稳定的化学吸附。本发明应用于原子层沉积技术制备石墨烯薄膜，该吸附方法简单易行，能够实现稳定的碳化学吸附。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯的制备技术，具体涉及一种用于原子层沉积制备石墨烯薄膜的碳化学吸附方法。
背景技术
石墨烯是具有单原子层厚度的石墨，自从2004年被成功剥离出来后，受到了科学家的广泛关注。由于其在电学、力学、热学方面的优良性能，制备出的半导体器件性能将优于硅基器件。石墨烯材料是一种极有前途的物质，必能取代硅在半导体中的地位，但首要前提是能制备出严格意义上的石墨烯，即具有单原子层厚度的石墨烯。原子层沉积(Atomic Layer Deposition，以下简称ALD)作为制备薄膜的新方法，如今已得到广泛的运用，其单原子层逐层生长的方式符合制备石墨烯的要求，但是要实现ALD方式制备石墨烯薄膜，碳的化学吸附是首先要解决的问题。目前制备石墨烯的方法中，常见的气体即前躯体如甲烷等需要经过高温分解的方式得到碳原子，而这种生长方式不符合ALD低温(200℃-450℃)生长的要求，因此要用ALD实现石墨烯薄膜的生长，碳原子和衬底的化学吸附则是关键问题。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种用于原子层沉积制备石墨烯薄膜的碳化学吸附方法，该方法能够实现稳定的碳化学吸附。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于原子层沉积制备石墨烯薄膜的碳化学吸附方法，通过形成一种含有碳原子且碳原子具有未成键电子的物质，与衬底表面原子形成共价键，实现稳定的化学吸附。
上述方案中，所述含有碳原子的物质为碳中间体，所述碳中间体包括碳自由基中间体和碳双自由基中间体。
上述方案中，所述碳自由基中间体是通过烃基卤化汞或n卤烷烃进行热分解或光分解得到的。
上述方案中，所述烃基卤化汞为甲基碘化汞。
上述方案中，所述n卤烷烃为一碘甲烷。
上述方案中，所述碳双自由基中间体为卡宾物质，包括碳烯及其衍生物。
上述方案中，所述碳双自由基中间体是由重氮盐或烯酮热分解或光分解得到的。
上述方案中，所述重氮盐为重氮甲烷(CH2N2)，所述烯酮为乙烯酮。
上述方案中，所述未成键电子有1-4个。
与现有技术相比，本发明技术方案产生的有益效果如下：
本发明应用于原子层沉积技术制备石墨烯薄膜，该吸附方法简单易行，能够实现稳定的碳化学吸附。
附图说明
图1为本发明实施例提供的重氮甲烷或乙烯酮与碳化硅衬底进行化学吸附的过程示意图；
图2为本发明实施例提供的一碘甲烷与碳化硅衬底进行化学吸附的过程示意图；
图3为本发明实施例提供的甲基碘化汞与碳化硅衬底进行化学吸附的过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。
实施例1：
一种用于原子层沉积制备石墨烯薄膜的碳化学吸附方法，包括如下步骤：
步骤101，对(0001)晶面的、以碳原子为终端的碳化硅衬底表面用氢气处理20分钟，使碳化硅衬底表面形成C-H键，如图1中a图所示；
步骤102，将进行氢化处理后的碳化硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中，向原子层沉积设备反应腔中通入氩气，对反应腔进行清洗；再向反应腔中通入重氮甲烷气体，同时用紫外光照射，使重氮甲烷分解，分解产物具有未成键电子，重氮甲烷分解的化学表达式为：
重氮甲烷还可以通过低温加热分解，加热温度为200℃-500℃，化学表达式为：
如图1中b图所示；
分解产物碳烯(：CH2)和碳化硅衬底发生***反应，反应的化学表达式为：
即在碳化硅衬底表面形成甲基结构，达到稳定的化学吸附，如图1中c图所示。
实施例2：
步骤101，对(0001)晶面的、以碳原子为终端的碳化硅衬底表面用氢气处理20分钟，使碳化硅衬底表面形成C-H键，如图1中a图所示；
步骤102，将进行氢化处理后的碳化硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中，向原子层沉积设备反应腔中通入氩气，对反应腔进行清洗；再向反应腔中通入乙烯酮气体，同时用紫外光照射或低温加热，使乙烯酮分解，分解产物具有未成键电子，乙烯酮分解的化学表达式为：
如图1中b图所示；
分解产物碳烯(：CH2)和碳化硅衬底发生***反应，反应的化学表达式为：
即在碳化硅衬底表面形成甲基结构，达到稳定的化学吸附，如图1中c图所示。
实施例3：
步骤101，把(0001)晶面的、以碳原子为终端的碳化硅衬底固定在原子层沉积设备的反应腔中；
步骤102，向原子层沉积设备的反应腔中通入氩气5分钟，排出反应腔中的气体；
步骤103，向原子层沉积设备的反应腔中通入一碘甲烷气体，如图2中a图所示，并用日光照射，使一碘甲烷分解，分解的表达式为：
如图2中b图所示；一碘甲烷分解的产物和碳化硅衬底表面通过碳原子成键，形成甲基的结构，达到稳定的化学吸附，如图2中c图所示。
实施例4：
步骤101，把(0001)晶面的、以碳原子为终端的碳化硅衬底固定在原子层沉积设备的反应腔中；
步骤102，向原子层沉积设备的反应腔中通入氩气5分钟，排出反应腔中的气体；
步骤103，向原子层沉积设备的反应腔中通入甲基碘化汞(CH3HgI)气体，如图3中a图所示，并在50℃-200℃的条件下进行低温加热，使甲基碘化汞分解，分解表达式为：
如图3中b图所示；甲基碘化汞分解的产物和碳化硅衬底表面通过碳原子成键，形成甲基结构，达到稳定的化学吸附，如图3中c图所示。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于原子层沉积制备石墨烯薄膜的碳化学吸附方法，其特征在于：通过形成一种含有碳原子且碳原子具有未成键电子的物质，与衬底表面原子形成共价键，实现稳定的化学吸附；
所述含有碳原子且碳原子具有未成键电子的物质为碳中间体，所述碳中间体包括碳自由基中间体和碳双自由基中间体；所述碳自由基中间体是通过烃基卤化汞或n卤烷烃进行热分解或光分解得到的；所述碳双自由基中间体是由重氮盐或烯酮进行热分解或光分解得到的。
2.如权利要求1所述的用于原子层沉积制备石墨烯薄膜的碳化学吸附方法，其特征在于：所述烃基卤化汞为甲基碘化汞。
3.如权利要求1所述的用于原子层沉积制备石墨烯薄膜的碳化学吸附方法，其特征在于：所述n卤烷烃为一碘甲烷。
4.如权利要求1所述的用于原子层沉积制备石墨烯薄膜的碳化学吸附方法，其特征在于：所述重氮盐为重氮甲烷，所述烯酮为乙烯酮。
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