打开双层石墨烯带隙的方法及制备的双层石墨烯器件技术

本发明专利技术公开了打开双层石墨烯带隙的方法及制备的双层石墨烯器件，该方法及器件是将双层石墨烯设置于第一分子层和第二分子层之间，第一分子层对双层石墨烯进行电子掺杂、第二分子层对双层石墨烯进行空穴掺杂，从而打开双层石墨烯带隙。本发明专利技术的方法操作方便、器件结构简单，应用广泛，避免了传统电学栅压调控方法的微纳加工过程，对于将双层石墨烯应用到半导体电子器件领域有着重要意义。体电子器件领域有着重要意义。体电子器件领域有着重要意义。

【技术实现步骤摘要】
打开双层石墨烯带隙的方法及制备的双层石墨烯器件


[0001]本专利技术涉及半导体电子
，尤其涉及一种打开双层石墨烯带隙的方法及制备的双层石墨烯器件。

技术介绍

[0002]石墨烯，一种重要的二维材料，由于其展示了优异的性能以及新奇的物理现象，引起了人们的广泛关注。两个单层石墨烯AB（或BA）堆垛，即形成了双层石墨烯。呈反演对称的本征双层石墨烯是零带隙的半导体，但是通过对双层石墨烯施加一个垂直电场可以打破其空间反演对称性，使得双层石墨烯的带隙打开，并在一定的范围内可调，这种性质赋予了双层石墨烯在半导体器件以及纳米电子学方面的应用前景。
[0003]目前常用的打开带隙的方法主要是电学栅压的方法[nature 459,820(2009)]，即利用材料顶部和底部电极施加电压在中间介电层形成电位移场，调节垂直方向的电场从而打开带隙，这种方法在电学输运器件制备方面被广泛应用。然而这种方法需要在材料的顶部和底部制作电极，而且材料与电极之间需选用二氧化硅、氧化铝、氮化硼等绝缘材料隔开，因此在制备过程中需要引入微纳加工技术，如光刻、刻蚀、蒸发镀膜等，操作复杂，而且极易在此过程中引入有机残胶，从而造成污染，影响材料的性质，除此之外由于材料表面被电极所覆盖，无法直接探测材料表面的性质，大大限制了在吸收光谱等光学性质研究以及扫描探针显微学方面的表征。因此，如何提供一种简单有效而又应用广泛的打开双层石墨烯带隙的方法，对于石墨烯在半导体领域的发展具有重大意义。

技术实现思路

[0004]基于上述技术问题，本专利技术提供一种打开双层石墨烯带隙的方法及制备的双层石墨烯器件，以缓解现有技术打开双层石墨烯带隙的方法中操作复杂、应用性受限的问题。
[0005]本专利技术首先提供了一种打开双层石墨烯带隙的方法，是将双层石墨烯设置于第一分子层和第二分子层之间，第一分子层对双层石墨烯进行电子（N型）掺杂、第二分子层对双层石墨烯进行空穴（P型）掺杂，从而打开双层石墨烯带隙。
[0006]在本专利技术的一些实施例中，所述第一分子层的分子为氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）分子，APTES分子有裸露的
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NH2基团，对石墨烯进行电子（N型）掺杂。
[0007]在本专利技术的一些实施例中，所述第二分子层的分子为硝酸（HNO3）分子。
[0008]进一步地，本专利技术提供了一种打开双层石墨烯带隙的具体方法，包括如下步骤：步骤A：制备功能性衬底，该衬底由下至上依次包括：硅衬底、二氧化硅层、第一分子层；步骤B：在步骤A得到的功能性衬底上形成双层石墨烯层；步骤C：在步骤B得到的双层石墨烯层上形成第二分子层；步骤D：在步骤C得到的第二分子层上制备电极。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，步骤A的具体方法为：将生长有二氧化硅层的硅衬底使
用紫外光照射，以使二氧化硅层产生活性，然后将衬底浸泡入第一分子的溶液中，第一分子在具有活性的二氧化硅上进行单层自组装，形成第一分子层。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，步骤B中，所述双层石墨烯层通过机械剥离法直接在目标衬底上形成。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，步骤C的具体方法为：将形成有双层石墨烯层的衬底以双层石墨烯的一面朝下，放在盛有第二分子溶液的烧杯的瓶口处，第二分子挥发并在双层石墨烯层表面形成第二分子层。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，步骤D中，所述电极为钛、铬以及金中的至少一种，所述电极的厚度不小于30nm。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，步骤D的具体方法为：在第二分子层的上方放置带有电极图案的硬质掩膜板，通过光学显微镜观察并操作将电极图案对准到双层石墨烯上并固定好，然后通过电子束蒸发镀膜得到电极图形。
[0014]更进一步地，本专利技术还提供了采用上述方法所制备的双层石墨烯器件，其由下至上依次包括：硅衬底；二氧化硅层；第一分子层，形成于二氧化硅层的上方；双层石墨烯层，形成于第一分子层的上方；第二分子层，形成于双层石墨烯层的上方；以及电极，形成于所述第二分子层的上方并与双层石墨烯接触（第二分子层并不影响电极与石墨烯的接触）。
[0015]从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的打开双层石墨烯带隙的方法以及制备的双层石墨烯器件具有以下有益效果：（1）本专利技术提供的打开双层石墨烯带隙的方法，操作简便，不需要繁琐复杂的微纳加工步骤，避免了因有机残胶的污染而影响材料性质的情况发生。
[0016]（2）本专利技术提供的双层石墨烯器件结构简单，双层石墨烯上方无绝缘层以及顶栅电极的覆盖，与传统电学栅压方法得到的器件相比，应用广泛，不仅可应用于输运测试，还可用于光学性质研究以及扫描探针显微学方面的表征研究。
附图说明
[0017]图1~图4为本专利技术提供的打开双层石墨烯带隙的方法的步骤示意图，其中图4即为最终所得的双层石墨烯器件的结构示意图。
[0018]图5为本专利技术实施例1采用机械剥离方法得到的双层石墨烯的拉曼光谱表征。
[0019]图6为本专利技术实施例1制备的双层石墨烯器件的光学显微镜图。
[0020]图7为本专利技术实施例1制备的双层石墨烯器件在室温环境下测试的电阻随栅压调控的结果图。
[0021]图中标号：10
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功能性衬底；11
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硅衬底；12
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二氧化硅层；13
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第一分子层；20
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双层石墨烯层；30
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第二分子层；40
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电极。
具体实施方式
[0022]本专利技术提供的打开双层石墨烯带隙的方法及制备的双层石墨烯器件，器件结构简单，操作方便，应用广泛，对于石墨烯在半导体领域的发展具有重大意义。
[0023]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
[0024]如图1
‑
4所示，本专利技术提供的一种打开双层石墨烯带隙的方法，包括如下步骤：步骤A：制备功能性衬底10，该衬底由下至上依次包括：硅衬底11、二氧化硅层12、第一分子层13；步骤B：在步骤A得到的功能性衬底10上形成双层石墨烯层20；步骤C：在步骤B得到的双层石墨烯层20上形成第二分子层30；步骤D：在步骤C得到的第二分子层30上制备电极40。
[0025]本专利技术提供的打开双层石墨烯带隙的方法，操作简便，应用广泛，可调控性强。
[0026]具体的，功能性衬底10中的第一分子层13中的分子为氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）分子。APTES分子有裸露的
‑
NH2基团，对石墨烯进行电子（N型）掺杂。
[0027]具体的，在功能性衬底10上形成双层石墨烯层20的方法包括：使用机械剥离法直接在功能性衬底10上形成。
[0028]具体的，第二分子层30为硝酸（HNO3）分子，对双层石墨烯层20进行空穴（P型）掺杂。
[0029]具体的，电极40的材料为钛、铬以及金中的至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.打开双层石墨烯带隙的方法，其特征在于：将双层石墨烯设置于第一分子层和第二分子层之间，第一分子层对双层石墨烯进行电子掺杂、第二分子层对双层石墨烯进行空穴掺杂，从而打开双层石墨烯带隙。2.根据权利要求1所述的打开双层石墨烯带隙的方法，其特征在于：所述第一分子层的分子为氨丙基三乙氧基硅烷分子。3.根据权利要求1所述的打开双层石墨烯带隙的方法，其特征在于：所述第二分子层的分子为硝酸分子。4.根据权利要求1、2或3所述的打开双层石墨烯带隙的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：制备功能性衬底，该衬底由下至上依次包括：硅衬底、二氧化硅层、第一分子层；步骤B：在步骤A得到的功能性衬底上形成双层石墨烯层；步骤C：在步骤B得到的双层石墨烯层上形成第二分子层；步骤D：在步骤C得到的第二分子层上制备电极。5.根据权利要求4所述的打开双层石墨烯带隙的方法，其特征在于，步骤A的具体方法为：将生长有二氧化硅层的硅衬底使用紫外光照射，以使二氧化硅层产生活性，然后将衬底浸泡入第一分子的溶液中，第一分子在具有活性的二氧化硅上进行单层自组装，形成第一分子层。6.根据权利要求4所述的打开双层石墨烯带隙...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾长淦，张华洋，范晓东，张东博，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：