【技术实现步骤摘要】
本专利技术是属于石墨烯器件领域，特别是关于一种无损绝缘单层石墨烯及其制备方法。
技术介绍
1、石墨烯是一种具有优异导电性能的二维材料，其相对传统的金、银喷镀电路具有更好的导电性和更薄的厚度，具有单原子层厚度的单层石墨烯厚度仅有0.33nm，其厚度是传统导电喷镀层的几万到几十万分之一；此外，单层石墨烯具有极高的透光性，是极为理想的微型光电器件材料。目前，使用石墨烯作为导电电路通常的做法是通过彻底蚀刻裁切实现石墨烯物理隔离从而实现石墨烯电路的绝缘阻隔，但通过蚀刻的石墨烯边缘具有大量不饱和悬挂键的碳原子，且在一定程度上打开石墨烯的带隙，使其具有半导体特性，影响石墨烯的长程有序性。虽然，石墨烯是非常理想的下一代器件材料，但石墨烯在半导体微器件上的成熟运用鲜有报道，这主要归因于石墨烯转移技术的不成熟和石墨烯可图案化无损绝缘阻隔困难。保证石墨烯长程有序特性的前提下实现石墨烯导电性的无损绝缘阻隔尤为重要。
2、石墨烯优异的导电性，归因于石墨烯z轴上共轭π电子的零带隙特性，因此，完整的石墨烯在室温条件下载流子迁移率高达15000cm/(v.s)，是目前硅材料的10倍。氟掺杂是一种可消耗石墨烯共轭π电子的改性手段，共价键的氟掺杂通过共轭π电子实现氟原子与石墨烯上的碳原子结合，同时消耗掉石墨烯的共轭π电子，使石墨烯失去导电性呈绝缘态。然而，c-f的共价键结合能通常在286.5-288.5ev区间，结合能较低，共价键上的氟原子能被强还原剂（如水合肼、碘化钾等）还原，或经高温处理均会使共价键上的氟原子脱落，使石墨重新获得导电性。传统的氟化手
3、公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种单层石墨烯导电性无损绝缘阻隔方法，旨在石墨烯上通过区域可控的共价氟掺杂实现石墨烯导电性无损阻隔。
2、本专利技术提供的一种单层石墨烯导电性无损绝缘阻隔方法，通过对低活性氟源气体等离子化、高能紫外光掩模辐照，实现温和条件下在石墨烯上共价掺氟。氟原子通过石墨烯z轴上的共轭π电子与石墨烯上的碳原子实现共价键结合，共价键的c-f键消耗掉结合位点的共轭π电子，共价键氟掺杂使石墨烯失去通过零带隙特性，导致石墨烯失去电子传导特性，从而实现在单层石墨烯上无损绝缘修饰。
3、在本专利技术提供的一种单层石墨烯导电性无损绝缘阻隔方法具体包括：
4、取单层石墨烯放置于石英管的工作腔内；往所述工作腔内通入sf6绝缘气体的情况下，在所述工作腔内施加1000-2000kv电压；采用光线波长λ≤250nm的紫外光源辐照所述单层石墨烯，电离的含氟源等离子体与石墨烯z轴上共轭π电子形成共价键，实现石墨烯的氟掺杂绝缘阻隔。
5、进一步的技术方案中，单层石墨烯样品是转移后的单层石墨烯/硅片样品，即单层石墨烯是负载在硅片上的。单层石墨烯的表面还覆盖有掩模，所述掩模使用简单的中间镂空直径为12mm的绝缘薄片，使所述单层石墨烯特定区域被紫外光照射。
6、进一步的技术方案中，石英管为一定制的特定的石英管，石英管包括进气管、工作腔和排气管，进气管和排气管分别设置在所述工作腔的两端；所述工作腔是一个长方体中空腔室，长2-10cm，宽2-8cm，高1-5cm，工作腔的石英剥离厚度在1-10mm。由于传统的石英管是弧形结构，紫外光在透光石英管壁是会发生折射，导致紫外光不能够精准地辐照在单层石墨烯上，本申请石英管方体的结构设计以及控制石英玻璃的厚度，目的是为了让紫外光透过石英管的时候角度和强度不发生变化，从而确保单层石墨烯的特定区域可以收到一样强度的紫外光辐照。
7、进一步的技术方案中，通入sf6绝缘气体将所述石英管内的空气排出后再打开所述紫外光源；所述紫外光源发射的光波垂直辐照于所述石英管内的所述单层石墨烯表面。垂直角度辐照可以进一步确保单层石墨烯各处受到的紫外光强度一样。
8、进一步的技术方案中，所述工作腔内通过等离子发生器施加电压，所述等离子发生器包括分别设置在所述工作腔两端的阳极端和阴极端；所述工作腔的长度为阳极端和阴极端相距的距离，工作腔的长度设置确保能让阴极端发射的电子能够起弧，由于工作介质气体属于绝缘气体，相对空气导电性更差，其弧更为困难，起弧是阴极端发射的电子能够碰撞气体分子，使其电离成等离子体（导电），但距离越远碰撞气体分子越多，能量衰减越厉害，起弧越困难，因此阴阳极端距离不能太远。阴阳极端的距离主要与其两端电压有关，过短容易形成电弧直接导通。所述阳极端和高压模组的正极电连接，所述阴极端和高压模组的负极电连接，所述高压模组正负极电压输入端与低压电源、控制开关串联。
9、进一步的技术方案中，所述低压电源的电压为5-36v。
10、进一步的技术方案中，所述阳极端和所述阴极端均为金属原件，所述阳极端设置为表面平滑的圆盘状。所述阴极端为类喇叭结构，阴极端靠近阳极端的壁厚逐渐变小，接近所述阳极端的边缘处设置为尖峰部。阴极端需要有尖锐突出，因为荷电情况下，电子在物体尖端富集，阴极端承担着发射电子的功能，因此阴极端需要有尖锐突出，阳极端正好相反，阳极端尽可能平滑，另外阳极端承担着接收电子的功能，且其形状对高压场域具有调控作用，我们需要尽可能集中的调控效果，因此阳极端相对因极端半径偏小。
11、本专利技术的另一个目的在于提供一种无损绝缘单层石墨烯，经过改性的所述单层石墨烯的电阻率ρ≥1mω.cm，优选地，所述单层石墨烯的电阻率ρ≥1.33mω.cm。
12、与现有技术相比，本专利技术达到的技术效果如下：
13、本专利技术提供的一种单层石墨烯导电性无损绝缘阻隔方法，是一种不破坏石墨烯，保持了石墨本征长程有序特性的无损绝缘阻隔方法，其利用氟掺杂的c-f共价键消除掉石墨烯z轴上的共轭π电子，使石墨烯在掺杂区域失去电子导电性，从而形成绝缘区；
14、本专利技术提供的一种单层石墨烯导电性无损绝缘阻隔方法，通过等离子电离和短波紫外光辐照实现室温下温和氟掺杂，工作介质为绝缘气体sf6，制备工艺简单、高效，在聚焦辐照光源条件下可实现大面积的单层石墨烯集成电离构建，可实现双原子层厚度超薄、高导电性电路集成。
15、本专利技术提供的一种单层石墨烯导电性无损绝缘阻隔方法，有别于传统的暴力蚀刻、分离策略实现导电性阻隔，氟掺杂绝缘阻隔无需对单层石墨烯进行蚀刻和分离即可在石墨烯上构建区域可控的绝缘修饰，保证了石墨烯的完整性，避免了传统工艺带来的验证边缘效应的影响。
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1.一种无损绝缘改性单层石墨烯的制备方法，其特征在于：取单层石墨烯放置于石英管的工作腔内；往所述工作腔内通入SF6绝缘气体的情况下，在所述工作腔内施加1000-2000KV电压；采用光线波长λ≤250nm的紫外光源辐照所述单层石墨烯，电离的含氟源等离子体与石墨烯Z轴上共轭π电子形成共价键，实现石墨烯的氟掺杂绝缘阻隔。
2.根据权利要求1所述的一种无损绝缘改性单层石墨烯的制备方法，其特征在于：所述单层石墨烯负载在硅片上；所述单层石墨烯的上方覆盖有掩模，使所述单层石墨烯特定区域被紫外光照射。
3.根据权利要求1所述的一种无损绝缘改性单层石墨烯的制备方法，其特征在于：所述石英管的工作腔设置为方体结构，所述单层石墨烯平稳放置在所述石英管内部。
4.根据权利要求3所述的一种无损绝缘改性单层石墨烯的制备方法，其特征在于：通入SF6绝缘气体将所述石英管内的空气排出后再打开所述紫外光源；所述紫外光源发射的光波垂直辐照于所述石英管内的所述单层石墨烯表面。
5.根据权利要求4所述的一种无损绝缘改性单层石墨烯的制备方法，其特征在于：所述石英管还包括进气管
6.根据权利要求5所述的一种无损绝缘改性单层石墨烯的制备方法，其特征在于：所述工作腔内通过等离子发生器施加电压，所述等离子发生器包括分别设置在所述工作腔两端的阳极端和阴极端；所述阳极端和高压模组的正极电连接，所述阴极端和高压模组的负极电连接，所述高压模组正负极电压输入端与低压电源、控制开关串联。
7.根据权利要求6所述的一种无损绝缘改性单层石墨烯的制备方法，其特征在于：所述低压电源的电压为5-36V。
8.一种无损绝缘改性单层石墨烯，其特征在于：使用权利要求1-7所述的方法制备获得。
9.根据权利要求8所述的无损绝缘改性单层石墨烯，其特征在于：经过改性的所述单层石墨烯的电阻率ρ≥0.31MΩ.cm。
10.根据权利要求9所述的无损绝缘改性单层石墨烯，其特征在于：经过改性的所述单层石墨烯的电阻率ρ≥1.33MΩ.cm。
...【技术特征摘要】
1.一种无损绝缘改性单层石墨烯的制备方法，其特征在于：取单层石墨烯放置于石英管的工作腔内；往所述工作腔内通入sf6绝缘气体的情况下，在所述工作腔内施加1000-2000kv电压；采用光线波长λ≤250nm的紫外光源辐照所述单层石墨烯，电离的含氟源等离子体与石墨烯z轴上共轭π电子形成共价键，实现石墨烯的氟掺杂绝缘阻隔。
2.根据权利要求1所述的一种无损绝缘改性单层石墨烯的制备方法，其特征在于：所述单层石墨烯负载在硅片上；所述单层石墨烯的上方覆盖有掩模，使所述单层石墨烯特定区域被紫外光照射。
3.根据权利要求1所述的一种无损绝缘改性单层石墨烯的制备方法，其特征在于：所述石英管的工作腔设置为方体结构，所述单层石墨烯平稳放置在所述石英管内部。
4.根据权利要求3所述的一种无损绝缘改性单层石墨烯的制备方法，其特征在于：通入sf6绝缘气体将所述石英管内的空气排出后再打开所述紫外光源；所述紫外光源发射的光波垂直辐照于所述石英管内的所述单层石墨烯表面。
5.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡金明，陈其赞，彭杨城，
申请(专利权)人：广东墨睿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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