一种提高石墨烯载流子浓度稳定性的封装方法及封装结构技术

本发明专利技术公开了一种提高石墨烯载流子浓度稳定性的封装方法及封装结构，包括以下步骤：制作石墨烯芯片；采用PMMA溶液和混合掺杂剂对石墨烯芯片基底进行二次匀胶并烘烤；其中，混合掺杂剂为掺有F4TCNQ的PMMA；于手套箱中，封装二次匀胶后的石墨烯芯片；调控完成封装的石墨烯芯片。本发明专利技术封装方法不仅有效将调控后的石墨烯芯片表面隔绝空气，降低空气中的水、氧对石墨烯芯片载流子浓度稳定性的影响，同时降低了石墨烯载流子浓度。且所得石墨烯芯片封装结构较小，基本不会影响其运输和测量，也无需放置于手套箱里保存，大大便利了芯片的储存。另本发明专利技术封装方法操作过程简单、用时少，原料便宜，因此适合推广。因此适合推广。因此适合推广。

【技术实现步骤摘要】
一种提高石墨烯载流子浓度稳定性的封装方法及封装结构


[0001]本专利技术属于石墨烯器件封装
，特别涉及一种提高石墨烯载流子浓度稳定性的封装方法及封装结构。

技术介绍

[0002]在低温强磁场环境中，由于钉扎效应，SiC（0001）面外延生长的单层石墨烯呈现出非常宽磁场范围内的量子霍尔平台，其对应的填充因子为2。然而石墨烯为重n掺杂，其载流子浓度通常为10
12
~10
13 cm
‑2，因此无法在较低的磁场下达到填充因子为2对应的量子霍尔平台。目前已研究出多种调控石墨烯载流子浓度的方法，其中较为常见的方法：使用F4TCNQ（2,3,5,6
‑
四氟
‑
7,7',8,8'
‑
四氰二甲基对苯醌），例如文献1（Form doping of graphene close to the Dirac point by polymer
‑
assisted assembly of molecular dopants. Nat. Commun. 9, 3956 (2018))中记载了使用F4TCNQ作为电子受体，将芯片在160 ℃下加热，其载流子浓度的随着加热时间的增加而发生变化，可以将载流子浓度从在1
×
10
13 cm
‑2降至狄拉克点附近（0 cm
‑2）。但对于初始载流子浓度偏低的芯片，调控速率过快，无法实现载流子的稳定调控。当采用五层结构时，载流子的稳定性较好，但每层胶均需要加热，匀五层胶大大增加了调控的难度；以及ZEP520A（主要成分是ZEP胶，ZEP胶是一种苯乙烯甲基丙烯酸酯基的电子束正胶），例如文献2(Lara
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Avila, S.et al.Non
‑
volatile photochemical gating of an epitaxial graphene/polymer heterostructure. Adv. Mater. 23, 878
‑
882 (2011)中记载了通过紫外光照可使得ZEP 520A产生大量氯自由基，通过控制紫外光照的计量实现氯自由基形成的数量，从而实现载流子浓度的控制。虽然上述调控方法可以有效降低其载流子浓度，但是调控后的石墨烯在大气环境中均存在载流子浓度不稳定的问题。需将其放置氮气、氩气或真空中才可以有效提高石墨烯芯片载流子浓度的稳定性，进而大大限制了其实际应用。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种提高石墨烯载流子浓度稳定性的封装方法及封装结构。
[0004]本专利技术的第一方面提供了一种提高石墨烯载流子浓度稳定性的封装方法，包括以下步骤：S1、制作石墨烯芯片；S2、对石墨烯芯片基底进行二次匀胶：首先采用PMMA溶液对石墨烯芯片基底进行第一次匀胶并烘烤；然后采用混合掺杂剂对第一次匀胶后的石墨烯芯片进行第二次匀胶，其中，所述混合掺杂剂为掺有F4TCNQ（2,3,5,6
‑
四氟
‑
7,7',8,8'
‑
四氰二甲基对苯醌）的PMMA；S3、于手套箱中，对二次匀胶后的石墨烯芯片进行封装；S4、对完成封装的石墨烯芯片进行调控，以减少石墨烯载流子浓度。
[0005]优选地，步骤S2中，所述烘烤温度为160~180 ℃，烘烤时间为3~6 min。
[0006]优选地，步骤S2中，所述PMMA溶液所用溶剂为苯甲醚，所述PMMA的分子量为920000~980000；所述混合掺杂剂中的F4TCNQ的质量百分比含量为4~7wt％。
[0007]优选地，步骤S3中，对二次匀胶后的石墨烯芯片可采用以下三种方式进行封装：（1）采用热熔胶方式进行封装，具体步骤为：于手套箱中，用热熔胶包裹二次匀胶后的石墨烯芯片，然后加热热熔胶使之熔化，再将载玻片盖住热熔胶，整体取下封装后的石墨烯芯片；其中，所述加热温度为90~100 ℃，加热时间为1~5 min；所述封装过程在手套箱内保护性气体或者真空条件下进行，所述保护性气体为氩气或者氮气。
[0008]（2）当测试台尺寸明显大于二次匀胶后的石墨烯芯片尺寸时，采用以下方式进行封装，具体步骤为：将印制电路板用低温胶粘在测试台上，并将二次匀胶后的石墨烯芯片用低温胶粘在印制电路板的上方，并用引线将二次匀胶后的石墨烯芯片与印制电路板连接，随后将已放置二次匀胶后的石墨烯芯片和印制电路板的测试台、低温胶以及玻璃罩放入手套箱，并用低温胶以及玻璃罩将二次匀胶后的石墨烯芯片以及引线封装，用引线将印制电路板与测试台连接，从而实现二次匀胶后的石墨烯芯片与测试台之间的连接。
[0009]（3）当测试台的密闭性较高时，采用以下方式进行封装，具体步骤为：于手套箱中，将测试台和二次匀胶后的石墨烯芯片之间用低温胶实现固定，玻璃罩的底部用低温胶实现和测试台之间的固定以及玻璃罩内部的密封，玻璃罩和二次匀胶后的石墨烯芯片之间填充有保护性气体或为真空环境，二次匀胶后的石墨烯芯片和测试台通过引线连接。
[0010]优选地，步骤S4中，所述调控方式为：对完成封装的石墨烯芯片进行加热，加热温度为90~95 ℃，加热时间为2~5 min。由于加热操作可使PMMA发生变形，让电子受体F4TCNQ达到石墨烯表面进而减少石墨烯的载流子浓度。
[0011]优选地，所述二次匀胶可采用以下方式代替实现；采用PMMA/MMA对石墨烯芯片基底进行第一次匀胶和第一次烘烤, 然后采用ZEP520A对第一次匀胶后的石墨烯芯片进行第二次匀胶和第二次烘烤。
[0012]优选地，所述第一次烘烤温度为160~180 ℃，烘烤时间为3~6 min；所述第二次烘烤温度为160~180 ℃，烘烤时间为3~6 min。
[0013]优选地，步骤S4中，所述调控方式为对完成封装的石墨烯芯片使用紫外灯进行照射，所述紫外灯光的波长为248~260 nm，照射时间为2~5 min。由于紫外光照射可诱导大量氯自由基的形成，氯自由基作为电子受体，能够有效降低石墨烯的载流子浓度。
[0014]本专利技术的第二方面提供了上述封装方法得到的石墨烯芯片封装结构。
[0015]优选地，所述石墨烯芯片封装结构包括：依次层叠的测试台、印制电路板、二次匀胶后的石墨烯芯片、玻璃罩；其中，所述玻璃罩和二次匀胶后的石墨烯芯片之间填充有保护性气体或为真空环境，所述二次匀胶后的石墨烯芯片和印制电路板之间通过引线连接，所述印制电路板和测试台之间通过引线连接。
[0016]优选地，所述测试台和印制电路板之间、以及印制电路板和二次匀胶后的石墨烯芯片之间均通过低温胶实现固定，所述玻璃罩的底部通过低温胶实现和印制电路板之间的固定以及玻璃罩内部的密封。
[0017]优选地，所述石墨烯芯片封装结构包括：依次层叠的测试台、二次匀胶后的石墨烯芯片、玻璃罩；其中，所述玻璃罩和二次匀胶后的石墨烯芯片之间填充有保护性气体或为真
空环境，所述二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高石墨烯载流子浓度稳定性的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制作石墨烯芯片；S2、对石墨烯芯片基底进行二次匀胶：采用PMMA溶液对石墨烯芯片基底进行第一次匀胶并烘烤；然后采用混合掺杂剂对第一次匀胶后的石墨烯芯片进行第二次匀胶，其中，所述混合掺杂剂为掺有F4TCNQ的PMMA；S3、于手套箱中，对二次匀胶后的石墨烯芯片进行封装；S4、对完成封装的石墨烯芯片进行调控，以减少石墨烯的载流子浓度。2.根据权利要求1所述的一种提高石墨烯载流子浓度稳定性的封装方法，其特征在于，步骤S2中，所述烘烤温度为160~180 ℃，烘烤时间为3~6 min；所述PMMA溶液所用溶剂为苯甲醚，所述PMMA的分子量为920000~980000；所述混合掺杂剂中的F4TCNQ的质量百分比含量为4~7wt％。3.根据权利要求1所述的一种提高石墨烯载流子浓度稳定性的封装方法，其特征在于，步骤S3中，采用热熔胶方式对二次匀胶后的石墨烯芯片进行封装，具体步骤为：于手套箱中，用热熔胶包裹二次匀胶后的石墨烯芯片，然后加热热熔胶使之熔化，再将载玻片盖住热熔胶，整体取下封装后的石墨烯芯片；其中，所述加热温度为90~100 ℃，加热时间为1~5 min；所述封装过程在手套箱内保护性气体或者真空条件下进行，所述保护性气体为氩气或者氮气。4.根据权利要求1所述的一种提高石墨烯载流子浓度稳定性的封装方法，其特征在于，步骤S3中，当测试台尺寸明显大于二次匀胶后的石墨烯芯片尺寸时，采用以下方式对二次匀胶后的石墨烯芯片进行封装，具体步骤为：将印制电路板用低温胶粘在测试台上，并将二次匀胶后的石墨烯芯片用低温胶粘在印制电路板的上方，并用引线将二次匀胶后的石墨烯芯片与印制电路板连接，然后将已放置二次匀胶后的石墨烯芯片和印制电路板的测试台、低温胶以及玻璃罩放入手套箱，并用低温胶以...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾长淦，万歆祎，林志勇，范晓东，李林，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：