化基底I的頂層材料優(yōu)選采用鍺，且所述催化基底的形態(tài)可以為體鍺、絕緣體上鍺、體硅上外延鍺或II1-V族材料上外延鍺等。
[0042]所述離子注入優(yōu)選采用Si離子，當(dāng)Si離子注入所述催化基底I表面的鍺層，所述催化基底I表層離子注入?yún)^(qū)域的部分鍺原子被替代為Si原子，或者生成鍺硅，使得對(duì)石墨烯生長(zhǎng)的催化作用顯著降低或消失。
[0043]作為示例，所述離子注入的注入深度小于I微米，使得注入的離子盡量分布于所述催化基底I的表層。離子注入深度可以通過(guò)控制離子注入能量來(lái)實(shí)現(xiàn)，能量越高，注入深度越深，能量越低，注入深度越淺。此技術(shù)為本領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0044]需要指出的是，由于注入催化基底的離子會(huì)在縱向上分布于一段區(qū)域內(nèi)，前面所述離子注入深度指的是離子分布濃度峰值處。
[0045]特別的，如圖4所示，所述注入?yún)^(qū)域2將所述催化基底表面劃分為若干分立的未注入單元3。所述未注入單元3的邊緣由曲線或多段直線圍成，或者由至少一段曲線與至少一段直線共同圍成。作為示例，所述未注入單元3為正方形。在其它實(shí)施例中，所述未注入單元3也可以為如圖5所示的菱形。在實(shí)際應(yīng)用中，所述未注入單元3可以根據(jù)需要設(shè)置為所需形狀，此處不應(yīng)過(guò)分限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0046]具體的，所述未注入單元3的面積不宜太大，優(yōu)選為小于10000 μ m2。相鄰兩個(gè)未注入單元3之間的距離優(yōu)選為大于10nm，以避免后續(xù)生長(zhǎng)石墨烯時(shí)由于距離太近，相鄰的石墨烯單元連成片，從而產(chǎn)生褶皺。
[0047]然后請(qǐng)參閱圖6及圖7，執(zhí)行步驟S2:將所述催化基底I放入生長(zhǎng)腔室并加熱至預(yù)設(shè)溫度，并往所述生長(zhǎng)腔室內(nèi)通入碳源，在所述催化基底I表面生長(zhǎng)出若干分立的沒有褶皺的石墨稀單元4。
[0048]具體的，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法在所述催化基底I表面生長(zhǎng)單層石墨烯。所述化學(xué)氣相沉積法包括但不限于熱化學(xué)氣相沉積法、低壓化學(xué)氣相沉積法或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法等。
[0049]作為示例，以管式爐作為所述生長(zhǎng)腔室，生長(zhǎng)溫度為800?920°C，氫氣流量為2?lOOsccm，碳源流量0.01?50sccm，石墨稀生長(zhǎng)時(shí)間I?lOOOmin。所述碳源包括但不限于甲烷、乙烯、乙炔、苯及PMMA中的至少一種。采用化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)石墨烯的技術(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在其它實(shí)施例中，也可以根據(jù)實(shí)際需要采用其它工藝條件，此處不應(yīng)過(guò)分限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0050]至此，在所述催化基底I表面生長(zhǎng)出了單層石墨烯。如圖6及圖7所示，由于所述注入?yún)^(qū)域2失去了催化作用，該區(qū)域表面不會(huì)生長(zhǎng)出石墨烯，各未注入單元3表面生長(zhǎng)的石墨烯構(gòu)成若干石墨烯單元4。由于這些石墨烯單元的面積相對(duì)較小，不易產(chǎn)生褶皺，從而可以得到高質(zhì)量的沒有褶皺或褶皺密度很低的石墨烯單元。
[0051]綜上所述，本發(fā)明的制備無(wú)褶皺的石墨烯的方法通過(guò)在所述催化基底表面預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行離子注入，使得所述催化基底表面形成若干分立的未注入單元；其中，由于離子注入?yún)^(qū)域的部分催化原子被注入離子取代，催化效率降低或者消失，在后續(xù)生長(zhǎng)石墨烯的過(guò)程中，離子注入?yún)^(qū)域不再能生長(zhǎng)出石墨烯，從而在催化基底表面得到若干分立的石墨烯單元。由于這些石墨烯單元的面積相對(duì)較小，不易產(chǎn)生褶皺，從而可以得到高質(zhì)量的沒有褶皺或褶皺密度很低的石墨烯單元。本發(fā)明還可以通過(guò)控制離子注入的區(qū)域，得到具有特定形狀的石墨烯單元，從而適應(yīng)多樣的器件應(yīng)用需求。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0052]上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備無(wú)褶皺的石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供一催化基底，在所述催化基底表面預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行離子注入以破壞注入?yún)^(qū)域的催化性能，并使得所述催化基底表面形成若干分立的未注入單元； 將所述催化基底放入生長(zhǎng)腔室并加熱至預(yù)設(shè)溫度，并往所述生長(zhǎng)腔室內(nèi)通入碳源，在所述催化基底表面生長(zhǎng)出若干分立的沒有褶皺的石墨烯單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備無(wú)褶皺的石墨烯的方法，其特征在于:所述催化基底的頂層材料為鍺。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備無(wú)褶皺的石墨烯的方法，其特征在于:所述催化基底為體鍺、絕緣體上鍺、體硅上外延鍺或II1-V族材料上外延鍺。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備無(wú)褶皺的石墨烯的方法，其特征在于:所述離子注入采用Si咼子。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備無(wú)褶皺的石墨烯的方法，其特征在于:所述離子注入的注入深度小于I微米。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備無(wú)裙皺的石墨稀的方法，其特征在于:所述未注入單元的邊緣由曲線或多段直線圍成，或者由至少一段曲線與至少一段直線共同圍成。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備無(wú)裙皺的石墨稀的方法，其特征在于:所述未注入單元的面積小于10000 μπι2。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備無(wú)褶皺的石墨烯的方法，其特征在于:相鄰兩個(gè)未注入單元之間的距離大于1nm09.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備無(wú)裙皺的石墨稀的方法，其特征在于:所述石墨稀單元為單層石墨烯。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備無(wú)褶皺的石墨烯的方法，其特征在于:通過(guò)熱化學(xué)氣相沉積法、低壓化學(xué)氣相沉積法或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在所述催化基底表面生長(zhǎng)出所述石墨稀單元。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備無(wú)褶皺的石墨烯的方法，其特征在于:所述碳源包括甲烷、乙烯、乙炔、苯及PMMA中的至少一種。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備無(wú)裙皺的石墨稀的方法，其特征在于:所述石墨稀單元的生長(zhǎng)溫度范圍是800?920°C，生長(zhǎng)時(shí)間范圍是I?1000分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種制備無(wú)褶皺的石墨烯的方法，包括以下步驟：S1：提供一催化基底，在所述催化基底表面預(yù)設(shè)區(qū)域進(jìn)行離子注入以破壞注入?yún)^(qū)域的催化性能，并使得所述催化基底表面形成若干分立的未注入單元；S2：將所述催化基底放入生長(zhǎng)腔室，將所述催化基底加熱至預(yù)設(shè)溫度，并往所述生長(zhǎng)腔室內(nèi)通入碳源，在所述催化基底表面生長(zhǎng)出若干分立的沒有褶皺的石墨烯單元。本發(fā)明不僅可以得到高質(zhì)量的沒有褶皺或褶皺密度很低的石墨烯單元還可以通過(guò)控制離子注入的區(qū)域，得到具有特定形狀的石墨烯單元，從而適應(yīng)多樣的器件應(yīng)用需求。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號(hào)】CN105110324
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510508080
【發(fā)明人】狄增峰, 戴家赟, 王剛, 鄭曉虎, 汪子文, 薛忠營(yíng), 張苗
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年8月18日