一种石墨烯薄膜及半导体器件制造技术

本实用新型专利技术提供了一种石墨烯薄膜及半导体器件，该石墨烯薄膜具有多个一面具有开口的微空腔结构，微空腔结构是由石墨烯薄膜表面的凸起结构和/或凹陷结构构成；微空腔结构的开口形成于凸起结构的底部和/或凹陷结构的顶部。本实用新型专利技术利用具有微空腔结构的石墨烯薄膜能够增加石墨烯薄膜的变形量以及比表面积，使用石墨烯薄膜应用于压电、光伏、光催化、压力探测等领域应用时，提高器件的发电效率、探测灵敏度和精度等。

A graphene film and semiconductor device

The utility model provides a graphene thin film and semiconductor device, the graphene film having a plurality of side opening with a micro cavity structure, micro cavity structure is composed of a convex surface structure of graphene films and / or hollow structure; the top micro cavity structure formed on the convex structure at the bottom of the opening and / or depression the structure of the. The utility model with deformation of graphene film micro cavity structure can increase the graphene film and the surface area, the use of graphene film applied in the field of piezoelectric, photovoltaic, photocatalysis, pressure detection, improve the efficiency of power generation devices, the sensitivity and precision of detection.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯薄膜及半导体器件
本技术涉及半导体
，具体涉及一种石墨烯薄膜以及具有该石墨烯薄膜的半导体器件。
技术介绍
随着半导体技术的发展和技术节点的不断降低，传统的硅材料已经表现出诸多限制和缺陷，由于石墨烯是目前世界上最薄、强度最高、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，所以石墨烯成为理想的硅的替代品。然而，传统的石墨烯薄膜无论从宏观还是微观均采用平坦表面，包括单原子层石墨烯是微观意上的平坦表面。例如，应用于压电领域中，平坦的石墨烯薄膜在受到外界施加的力作用时产生的变形量很小，而且，在制备时，需要额外在衬底中制备出足够尺寸的空腔，这严重制约了石墨烯薄膜的应用便捷性和广泛性。同时，平坦的石墨烯薄膜的比表面积不是很理想，特别是作为电池的电极、传感器以及光催化器件等更希望具有较大的比表面积和载流子捕获能力。
技术实现思路
为了克服以上问题，本技术旨在提供一种石墨烯薄膜，能够产生较多的形变以及具有更好的比表面积。为了达到上述目的，本技术提供了一种石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜具有多个一面具有开口的微空腔结构，微空腔结构是由石墨烯薄膜表面的凸起结构和/或凹陷结构构成；微空腔结构的开口形成于凸起结构的底部和/或凹陷结构的顶部。优选地，所述石墨烯薄膜具有主平面，所述凸起结构的开口所在平面和/或所述凹陷结构的开口所在平面位于所述石墨烯薄膜的主平面所在平面；或者所述石墨烯薄膜具有主平面，所述凸起结构的开口所在平面和/或所述凹陷结构的开口所在平面与所述石墨烯薄膜的主平面所在平面不相同。优选地，所述微空腔结构呈阵列排布，相邻行的微空腔结构相间设置。优选地，每行中凸起结构和凹陷结构相间设置，且相邻行的凸起结构之间相间设置，相邻行的凹陷结构之间相间设置。优选地，每行中，凸起结构在所述主平面的投影轮廓与所述凹陷结构在所述主平面的投影轮廓相切。优选地，所述凸起结构与所述凹陷结构为全等图形关系。优选地，所述微空腔结构的开口在所述主平面的投影轮廓被所述微空腔结构的其它区域在所述主平面的投影轮廓中的最大轮廓所包围。优选地，所述开口在主平面的投影轮廓的尺寸和所述最大轮廓的尺寸为纳米级，所述开口的投影轮廓的尺寸为所述最大轮廓的尺寸的1/5～1。优选地，所述微空腔结构的高度为纳米级，所述微空腔结构的高度为所述开口的尺寸的1/4～1。优选地，所述微空腔结构的开口在所述主平面的投影轮廓包围所述微空腔结构的其它区域在所述主平面的投影轮廓。优选地，所述开口的尺寸为纳米级，所述微空腔结构的高度为纳米级，所述微空腔结构的高度为所述开口的尺寸的1/4～1。优选地，所述凸起结构和/或所述凹陷结构在所述主平面的投影轮廓为圆形或矩形，所述开口在所述主平面的投影轮廓为圆形或矩形。优选地，所述微空腔结构为被开口所截的球体。优选地，所述凸起结构包括上层结构和与之相连的下层结构，所述上层结构具有平坦表面或弧形表面，所述下层结构为倾斜侧壁，倾斜侧壁由下向上逐渐向外或向内倾斜；凹陷结构为所述凸起结构的倒置。优选地，仅在所述微空腔结构内壁和/或整个石墨烯薄膜表面形成有金属化合物半导体纳米薄膜。优选地，所述半导体纳米薄膜为钛合金纳米薄膜和/或锌合金纳米薄膜。优选地，所述钛合金纳米薄膜的材料为TiOx，x为正数；所述锌合金纳米薄膜为ZnO纳米薄膜。优选地，所述半导体纳米薄膜由金属化合物的纳米线阵列构成。优选地，所述半导体纳米薄膜的厚度与所述开口的轮廓尺寸的比例不大于1:3。优选地，所述石墨烯薄膜为单原子层厚度的石墨烯薄膜。为了达到上述目的，本技术还提供了一种探测器，具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为探测部件。为了达到上述目的，本技术还提供了一种压力发电器件，其具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为压电转换部件；当外界向石墨烯薄膜的凸起结构和/或凹陷结构施加作用力时，多个所述微空腔结构发生形变，从而产生电能。为了达到上述目的，本技术还提供了一种光催化器件，其具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为光催化部件。为了达到上述目的，本技术还提供了一种太阳能电池，具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为电极或光电转换部件。为了达到上述目的，本技术还提供了一种LED器件，其具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为电致发光层或电极层。为了达到上述目的，本技术还提供了一种储能电池，其具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为电极层。本技术的石墨烯薄膜，利用石墨烯薄膜具有多个一面具有开口的微空腔结构，首先，由于每个微空腔结构均可以产生变形，多个微空腔结构的变形输出使得石墨烯薄膜的变形总量增多，当该石墨烯薄膜应用于压力探测器时，可以提高压力探测器的灵敏度和准确度；当该石墨烯薄膜应用于压力发电器件时，可以增加发电总量，提高发电效率；并且，形成微空腔结构的凸起结构、凹陷结构可以实现石墨烯薄膜的任意方位的压力探测能力，也即是从任意方向施加的力例如侧向、纵向或倾斜的力均可以被石墨烯薄膜探测到，从而进一步提高压力探测器件的灵敏度和准确度，并且提高压力发电器件的能量利用率、发电量和发电效率；此外，多个微空腔结构的设置可以实现多点探测，并且精准的探测出每一点的压力；其次，凸起结构和凹陷结构均可以增加石墨烯薄膜的比表面积，有利于应用于需要高比表面积的器件中。进一步的，石墨烯薄膜表面形成有金属化合物半导体纳米薄膜，使得石墨烯薄膜的比表面积进一步提高，并且利用金属化合物半导体纳米薄膜在光物理、光化学、光催化等方面所具有的突出特性，赋予石墨烯薄膜更多的半导体特性，扩宽石墨烯薄膜的应用领域。并且，石墨烯薄膜由于高硬度特点，对石墨烯薄膜的微加工具有一定的难度。本技术利用牺牲材料和化学气相沉积技术来实现对石墨烯薄膜的成型，并通过释放工艺实现对牺牲材料的去除；进一步的，本技术利用石墨烯薄膜在受到外界刺激时产生形变，使得石墨烯薄膜的任意形状结构均可以与其所依附的材料层产生剥离，比如，本技术的一个实施例中的开口较窄的微空腔结构，当对石墨烯薄膜施加外界刺激时，使得微空腔结构产生变形，从而使微空腔结构内壁或表面的材料层与之相剥离开来。因此，本技术的石墨烯方法改变了现有石墨烯薄膜的加工成型思路，使得石墨烯薄膜具有多种形状结构成为可能，以及实现了石墨烯薄膜成型的灵活性。附图说明图1为本技术的实施例一的石墨烯薄膜的俯视结构示意图图2为本技术的实施例一的一种微空腔结构的截面结构示意图图3为本技术的实施例一的另一种微空腔结构的截面结构示意图图4为本技术的实施例一的又一种微空腔结构的截面结构示意图图5为本技术的实施例一的一种微空腔结构的截面结构示意图图6为本技术的实施例一的另一种微空腔结构的截面结构示意图图7为本技术的实施例一的又一种微空腔结构的截面结构示意图图8为本技术的实施例一的一种微空腔结构的截面结构示意图图9为本技术的实施例一的另一种微空腔结构的截面结构示意图图10为本技术的实施例一的又一种微空腔结构的截面结构示意图图11为本技术的实施例一的石墨烯薄膜的制备方法的流程示意图图12～23为本技术的实施例一的石墨烯薄膜的制备方法的各步骤示意图图24为本技术的实施例二的石墨烯薄膜的俯视结构示意图图25为本技术的实施例二的一种微空腔结构的截面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯薄膜，其特征在于，所述石墨烯薄膜具有多个一面具有开口的微空腔结构，微空腔结构是由石墨烯薄膜表面的凸起结构和/或凹陷结构构成；微空腔结构的开口形成于凸起结构的底部和/或凹陷结构的顶部。

【技术特征摘要】
2017.02.17 CN 20171008566461.一种石墨烯薄膜，其特征在于，所述石墨烯薄膜具有多个一面具有开口的微空腔结构，微空腔结构是由石墨烯薄膜表面的凸起结构和/或凹陷结构构成；微空腔结构的开口形成于凸起结构的底部和/或凹陷结构的顶部。2.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜，其特征在于，所述石墨烯薄膜具有主平面，所述凸起结构的开口所在平面和/或所述凹陷结构的开口所在平面位于所述石墨烯薄膜的主平面所在平面；或者所述石墨烯薄膜具有主平面，所述凸起结构的开口所在平面和/或所述凹陷结构的开口所在平面与所述石墨烯薄膜的主平面所在平面不相同。3.根据权利要求2所述的石墨烯薄膜，其特征在于，所述微空腔结构呈阵列排布，相邻行的微空腔结构相间设置。4.根据权利要求3所述的石墨烯薄膜，其特征在于，每行中凸起结构和凹陷结构相间设置，且相邻行的凸起结构之间相间设置，相邻行的凹陷结构之间相间设置。5.根据权利要求4所述的石墨烯薄膜，其特征在于，每行中，凸起结构在所述主平面的投影轮廓与所述凹陷结构在所述主平面的投影轮廓相切。6.根据权利要求4所述的石墨烯薄膜，其特征在于，所述凸起结构与所述凹陷结构为全等图形关系。7.根据权利要求2所述的石墨烯薄膜，其特征在于，所述微空腔结构的开口在所述主平面的投影轮廓被所述微空腔结构的其它区域在所述主平面的投影轮廓中的最大轮廓所包围。8.根据权利要求7所述的石墨烯薄膜，其特征在于，所述开口在主平面的投影轮廓的尺寸和所述最大轮廓的尺寸为纳米级，所述开口的投影轮廓的尺寸为所述最大轮廓的尺寸的1/5～1。9.根据权利要求8所述的石墨烯薄膜，其特征在于，所述微空腔结构的高度为纳米级，所述微空腔结构的高度为所述开口的尺寸的1/4～1。10.根据权利要求2所述的石墨烯薄膜，其特征在于，所述微空腔结构的开口在所述主平面的投影轮廓包围所述微空腔结构的其它区域在所述主平面的投影轮廓。11.根据权利要求10所述的石墨烯薄膜，其特征在于，所述开口的尺寸为纳米级，所述微空腔结构的高度为纳米级，所述微空腔结构的高度为所述开口的尺寸的1/4～1。12....

【专利技术属性】
技术研发人员：汪际军，
申请(专利权)人：全普光电科技上海有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31