一种超薄氮掺杂碳膜及制备方法技术

本发明专利技术属于薄膜技术领域，公开了一种超薄氮掺杂碳膜及制备方法，准确称取20克六亚甲基四铵，加入到石英坩埚中；在上面放上硅片，放在恒温箱或坩埚炉中加热，温度为250摄氏度，时间为3小时；硅片上面得到薄膜样品，将样品放入CVD炉中，通入氮气或氨气，在一个大气压下，温度在300～400摄氏度退火3～6小时，硅片表面得到超薄氮掺杂碳膜。本发明专利技术制备的薄膜厚度在10纳米以下，氮掺杂含量超过20％。本发明专利技术提供的超薄氮掺杂碳膜的制备方法，其制备过程简单，无毒无害，保证安全，同时实现大面积制备且生产成本低。

A Ultrathin Nitrogen Doped Carbon Film and Its Preparation Method

The invention belongs to the field of film technology, and discloses an ultra-thin nitrogen-doped carbon film and its preparation method, which accurately weighs 20 grams of hexamethylenetetraammonium and adds it to a quartz crucible; on which a silicon wafer is placed, heated in a constant temperature box or crucible furnace at 250 degrees Celsius for 3 hours; on which a silicon wafer is obtained, a thin film sample is put into a CVD furnace, filled with nitrogen or ammonia gas, and in which a silicon wafer wafer is heated at 250 Ultra-thin nitrogen-doped carbon films were obtained on silicon wafers annealed at 300-400 degrees Celsius for 3-6 hours at one atmospheric pressure. The film prepared by the invention has a thickness of less than 10 nanometers and a nitrogen doping content of more than 20%. The preparation method of the ultra-thin nitrogen-doped carbon film provided by the invention has the advantages of simple preparation process, non-toxicity and harmlessness, ensuring safety, realizing large-scale preparation and low production cost.

【技术实现步骤摘要】
一种超薄氮掺杂碳膜及制备方法
本专利技术属于薄膜
，尤其涉及一种超薄氮掺杂碳膜及制备方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：由于具有比较高的比表面积，近年来超薄碳膜被广泛研究应用于燃料电池和微电子技术，特别是在复合材料和功能器件中的应用可以促进碳基纳米电子学，纳米机电系统，以及纳米生物传感器的研制。现有的硅基半导体工艺相对来说已经比较成熟，如果碳膜能够直接生长在硅衬底上，那么在后续的纳米电子器件制备和加工时将会十分方便。掺杂是调节碳膜带隙和导电特性的一种重要方法。如果能够使用简单的沉积技术，又能直接在硅衬底上大面积生长重度氮掺杂的超薄碳膜，那么将十分有利于后续硅基碳纳米电子器件的制备。现有技术中，超薄碳膜可以利用化学剥离的由上及下方法，利用块状石墨制备，这种方法包含对生物体有毒的化学还原剂，在生产生活中是很受限制的。更主要的是，这些化学制备方法与半导体器件制备工艺是不匹配的，制备的碳纳米片应用于器件制备时需要经过二次转移到硅衬底上，因此不能与硅基半导体工艺直接兼容。如果是用物理机械剥离的话，难以大面积制备。无论是化学剥离还是机械剥离，都难以制备氮掺杂的碳膜。超薄碳膜也可以用由下及上的真空沉积技术制备，但是设备昂贵，技术复杂。过程可能需用高温环境，生产成本较高。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有技术中无论是化学剥离还是机械剥离，都难以制备氮掺杂的碳膜，且化学剥离包含对生物体有毒的化学还原剂，在生产生活中是很受限制的；机械剥离难以大面积制备；(2)超薄碳膜也可以用由下及上的真空沉积技术制备，但是设备昂贵，技术复杂；过程可能需用高温环境，生产成本较高。解决上述技术问题的难度和意义：直接在硅片上生长超薄碳膜还没有成熟的技术，探索并发展这一技术对于制备微纳光电子器件有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种超薄氮掺杂碳膜及制备方法。本专利技术是这样实现的，一种超薄氮掺杂碳膜的制备方法，具体包括以下步骤：步骤一：准确称取20克六亚甲基四铵，加入到石英坩埚中；步骤二：在上面放上硅片，放在恒温箱或坩埚炉中加热，温度为250摄氏度，时间为3小时；步骤三：硅片上面得到薄膜样品，将样品放入CVD炉中，通入氮气或氨气，在一个大气压下，温度在300～400摄氏度退火3～6小时，在硅片表面得到超薄氮掺杂碳膜。进一步，步骤一中，六亚甲基四铵为分析纯。本专利技术另一目的在于提供一种利用所述超薄氮掺杂碳膜的制备方法制备的超薄氮掺杂碳膜，所述超薄氮掺杂碳膜组份按质量含量比由N27.11％、C69.48％及O3.42％组成。进一步，所述超薄氮掺杂碳膜所述超薄氮掺杂碳膜厚度小于10纳米。本专利技术另一目的在于提供一种利用所述超薄氮掺杂碳膜制备的燃料电池。本专利技术另一目的在于提供一种利用所述超薄氮掺杂碳膜制备的和微电子纳米生物传感器。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术制备的薄膜厚度在10纳米以下，氮掺杂含量超过20％。本专利技术提供的制备方法的制备过程简单，无毒无害，保证安全，同时实现大面积制备且生产成本低。附图说明图1是本专利技术实施例提供的超薄氮掺杂碳膜的制备方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的超薄氮掺杂碳膜的添加量示意图。图3是本专利技术实施例提供的超薄氮掺杂碳膜示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理做详细描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的超薄氮掺杂碳膜的制备方法，具体包括以下步骤：S101：准确称取20克六亚甲基四铵，加入到石英坩埚中；S102：在上面放上硅片，放在恒温箱或坩埚炉中加热，温度为250摄氏度，时间为3小时；S103：硅片上面得到薄膜样品，将样品放入CVD炉中，通入氮气或氨气，在一个大气压下，温度在300～400摄氏度退火3～6小时，在硅片表面得到超薄氮掺杂碳膜。步骤S101中，本专利技术实施例提供的六亚甲基四铵为分析纯。步骤S103中，本专利技术实施例提供的制备的薄膜厚度在10纳米以下，氮掺杂含量超过20％。如图2所示，本专利技术实施例提供的超薄氮掺杂碳膜添加量示意图。本专利技术提供的超薄氮掺杂碳膜组份按质量含量比由N27.11％、C69.48％及O3.42％组成。如图3所示，本专利技术实施例提供的超薄氮掺杂碳膜的示意图。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超薄氮掺杂碳膜的制备方法，其特征在于，所述的超薄氮掺杂碳膜的制备方法，具体包括以下步骤：步骤一：准确称取六亚甲基四铵，加入到石英坩埚中；步骤二：在上面放上硅片，放在恒温箱或坩埚炉中加热，温度为250摄氏度，时间为3小时；步骤三：硅片上面得到薄膜样品，将样品放入CVD炉中，通入氮气或氨气，在一个大气压下，温度在300～400摄氏度退火3～6小时，在硅片表面得到超薄氮掺杂碳膜。

【技术特征摘要】
1.一种超薄氮掺杂碳膜的制备方法，其特征在于，所述的超薄氮掺杂碳膜的制备方法，具体包括以下步骤：步骤一：准确称取六亚甲基四铵，加入到石英坩埚中；步骤二：在上面放上硅片，放在恒温箱或坩埚炉中加热，温度为250摄氏度，时间为3小时；步骤三：硅片上面得到薄膜样品，将样品放入CVD炉中，通入氮气或氨气，在一个大气压下，温度在300～400摄氏度退火3～6小时，在硅片表面得到超薄氮掺杂碳膜。2.如权利要求1所述的超薄氮掺杂碳膜的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑学刚，李建褔，
申请(专利权)人：临沂大学，
类型：发明
国别省市：山东,37