本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯基納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)節(jié)點(diǎn)的不斷降低，傳統(tǒng)的硅材料已經(jīng)表現(xiàn)出諸多限制和缺陷，由于石墨烯是目前世界上最薄、強(qiáng)度最高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強(qiáng)的一種新型納米材料，所以石墨烯成為理想的硅的替代品。

由于單層石墨烯薄膜是零禁帶寬度，而半導(dǎo)體材料是要求具有一定的禁帶寬度的，如果能夠利用石墨烯薄膜的上述優(yōu)點(diǎn)來(lái)應(yīng)用于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域中將會(huì)帶來(lái)更大的技術(shù)進(jìn)步。

通常采用一種半導(dǎo)體納米材料與石墨烯的復(fù)合結(jié)構(gòu)來(lái)擴(kuò)寬石墨烯的應(yīng)用，然而，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)只能表現(xiàn)出一種半導(dǎo)體納米材料性能而且往往不可調(diào)控，這極大限制了以該復(fù)合結(jié)構(gòu)所形成的器件性能的提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服以上問(wèn)題，本實(shí)用新型旨在提供一種石墨烯基納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種一種石墨烯基納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括：石墨烯基底；以及垂直生長(zhǎng)于石墨烯基底上的至少兩種不同主族的金屬化合物納米線。

優(yōu)選地，所述金屬化合物納米線至少包括鈦合金納米線和鋅合金納米線。

優(yōu)選地，所述鈦合金納米線為二氧化鈦納米線，所述鋅合金納米線為氧化鋅納米線。

優(yōu)選地，不同主族的所述金屬化合物納米線在一維方向上相間設(shè)置。

優(yōu)選地，不同主族的所述金屬化合物納米線的直徑不相同，同一主族的所述金屬化合物納米線的直徑相同。

優(yōu)選地，不同主族的所述金屬化合物納米線按照直徑從大到小的順序排列設(shè)置，且同一主族的相同直徑的所述金屬化合物納米線位于同一直線上或者同一環(huán)線上。

優(yōu)選地，同一主族的相同直徑的所述金屬化合物納米線位于同一環(huán)線上時(shí)，不同主族的所述金屬化合物納米線呈同心環(huán)設(shè)置。

優(yōu)選地，所述環(huán)線的形狀為圓形、橢圓形、回型、正多邊形、或五角星形。

優(yōu)選地，同一主族的相同直徑的所述金屬化合物納米線位于同一直線上時(shí)，不同主族的所述金屬化合物納米線所排成的直線呈輻射狀設(shè)置。

優(yōu)選地，所述石墨烯基底為單層石墨烯薄膜、氧化石墨烯薄膜和還原氧化石墨烯薄膜。

本實(shí)用新型的石墨烯基納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)，采用至少兩種不同主族的金屬化合物納米線垂直生長(zhǎng)于石墨烯基底上，從而確保石墨烯基底性能的前提下，提高了石墨烯基底的比表面積，以及將至少兩種不同主族的金屬化合物納米線的性能與石墨烯的性能相結(jié)合，有利于石墨烯材料應(yīng)用于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域中；同時(shí)，兩種不同主族的金屬化合物納米線的直徑不相同，直徑大的金屬化合物納米線的表面積占比大于直徑小的金屬化合物納米線的表面積占比，此時(shí)，直徑大的金屬化合物納米線的性能為石墨烯基納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)的主要性能，從而通過(guò)選擇調(diào)節(jié)納米線的材料和直徑，來(lái)實(shí)現(xiàn)石墨烯基納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)的性能可調(diào)節(jié)性和靈活可選性。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的一種石墨烯基納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)的截面結(jié)構(gòu)圖示意圖

圖2為本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的一種石墨烯基納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的一種石墨烯基納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖

圖4為本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的一種石墨烯納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖

圖5為本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的石墨烯納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法的流程示意圖

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書附圖，對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)然本實(shí)用新型并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。

以下結(jié)合附圖1-5和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式、使用非精準(zhǔn)的比例，且僅用以方便、清晰地達(dá)到輔助說(shuō)明本實(shí)施例的目的。

本實(shí)施例中石墨烯基納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)包括：石墨烯基底；以及垂直生長(zhǎng)于石墨烯基底上的至少兩種不同主族的金屬化合物納米線。由于這些納米線是生長(zhǎng)于石墨烯基底上的，所以這些納米線的底部與石墨烯通過(guò)化學(xué)鍵相鍵合，例如，石墨烯的碳鍵與金屬鍵鍵合。石墨烯基底可以為單層石墨烯薄膜、氧化石墨烯薄膜和還原氧化石墨烯薄膜。

請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)施例中，金屬化合物納米線包括鈦合金納米線2和鋅合金納米線1，然則本實(shí)用新型中不限于這兩種納米線。較佳的，鈦合金納米線2為二氧化鈦納米線，鋅合金納米線1為氧化鋅納米線。不同主族的金屬化合物納米線在一維方向上相間設(shè)置，不同主族的金屬化合物納米線的直徑不相同，同一主族的金屬化合物納米線的直徑相同，請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1，鈦合金納米線2與鋅合金納米線1在一維方向上相間設(shè)置，鈦合金納米線2的直徑大于鋅合金納米線1的直徑，這里這些鈦合金納米線2的直徑可以相近或相同，這些鋅合金納米線1的直徑可以相近或相同；此外，同一主族的金屬化合物納米線的直徑相同的含義為：同一主族的金屬化合物納米線的直徑相同或者同一主族的金屬化合物納米線的直徑相近，例如同一主族的金屬化合物納米線的直徑之差不大于10nm。

這里，不同主族的金屬化合物納米線按照直徑從大到小的順序排列設(shè)置，且同一主族的相同直徑的金屬化合物納米線位于同一直線上或者同一環(huán)線上。具體的，請(qǐng)參閱圖2，鈦合金納米線2的直徑大于鋅合金納米線1的直徑，鈦合金納米線2和鋅合金納米線1分別排成一維陣列，并且這些陣列依次交替排列成矩形陣列；請(qǐng)參閱圖3，鈦合金納米線2和鋅合金納米線1分別排列成一維陣列并且這些陣列呈輻射狀排布，請(qǐng)參閱圖4，直徑相同的鈦合金納米線2排成一個(gè)環(huán)，直徑相同的鋅合金納米線1排成一個(gè)環(huán)，直徑較小的金屬化合物納米線所構(gòu)成的環(huán)被直徑較大的金屬化合物納米線所構(gòu)成的環(huán)所包圍，也即是鋅合金納米線1構(gòu)成的環(huán)被鈦合金納米線2所構(gòu)成的環(huán)所包圍，依此重復(fù)向外疊放，從而構(gòu)成同心環(huán)。

請(qǐng)參閱圖5，本實(shí)施例中，上述石墨烯基納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括以下步驟：

步驟01：提供一石墨烯基底；

具體的，這里的石墨烯基底可以采用單層石墨烯薄膜或氧化石墨烯薄膜或還原氧化石墨烯。單層石墨烯薄膜可以采用高溫?zé)岱纸夥?、化學(xué)氣相沉積法來(lái)制備，這些方法可以成功制備出高質(zhì)量的單層石墨烯薄膜。氧化石墨烯薄膜可以采用水溶液法，經(jīng)旋涂旋涂晾干得到氧化石墨烯薄膜，但是這種氧化石墨烯薄膜基本上都是多層的，較難得到單層氧化石墨烯薄膜。

步驟02：在石墨烯基底上涂覆掩膜；并且，在石墨烯基底上劃分出不同主族的金屬化合物納米線生長(zhǎng)區(qū)域，以及制備不同主族的金屬化合物納米線生長(zhǎng)區(qū)域所對(duì)應(yīng)的掩膜版；

具體的，根據(jù)實(shí)際需要，來(lái)劃分不同主族的金屬化合物納米線生長(zhǎng)區(qū)域，并制備出相應(yīng)的每一個(gè)主族的金屬化合物納米線生長(zhǎng)區(qū)域的掩膜版。掩膜的材料可以為有機(jī)材料也可以為無(wú)機(jī)材料，有機(jī)材料可以但不限于采用光刻膠，抗反射層加光刻膠，或只采用抗反射層，無(wú)機(jī)材料可以采用氮化硅、氧化硅等，較佳的選用氧化硅，因?yàn)榈璧闹旅芏容^高，所得到的掩膜較硬，會(huì)造成更加嚴(yán)重的過(guò)刻蝕而損傷到其底部的石墨烯基底。

步驟03：采用不同主族的金屬化合物納米線生長(zhǎng)區(qū)域?qū)?yīng)的掩膜版來(lái)分別在不同主族的金屬化合物納米線生長(zhǎng)區(qū)域生長(zhǎng)相應(yīng)的金屬化合物納米線；其中，

具體的，步驟03包括：

步驟031，針對(duì)其中一個(gè)主族的金屬化合物納米線生長(zhǎng)區(qū)域，采用該其中一個(gè)主族的金屬化合物納米線生長(zhǎng)區(qū)域掩膜版，經(jīng)光刻和/或刻蝕，將該其中一個(gè)主族的金屬化合物納米線生長(zhǎng)區(qū)域的掩膜去除并且將該區(qū)域的石墨烯基底暴露出來(lái)；

這里，例如，生長(zhǎng)第一個(gè)主族的金屬化合物納米線時(shí)，將對(duì)應(yīng)于第一個(gè)主族的金屬化合物納米線生長(zhǎng)區(qū)域上的掩膜去除，去除的方法可以采用光刻、等離子體干法刻蝕或者二者的組合；如果掩膜的材料選用光刻膠或抗反射層加光刻膠，可以采用一步光刻工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)掩膜的去除，如果掩膜的材料僅選用抗反射層，可以采用先光刻后化學(xué)腐蝕或等離子體刻蝕的工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)掩膜的去除。

步驟032，在暴露的石墨烯基底上垂直生長(zhǎng)該其中一個(gè)主族的金屬化合物納米線；

這里，例如，針對(duì)鈦合金納米線區(qū)域，可以利用鈦前驅(qū)體溶液在300～600℃的溫度下采用水熱法來(lái)制備，也可以采用電化學(xué)鍍的方法來(lái)制備；針對(duì)鋅合金納米線區(qū)域，可以利用鋅前驅(qū)體溶液在100～500℃的溫度下采用水熱法來(lái)制備也可以采用電化學(xué)鍍等方法來(lái)制備；通過(guò)設(shè)置反應(yīng)溶液的濃度、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間來(lái)使得不同主族的金屬化合物納米線具有不同的直徑。

步驟033，重復(fù)上述步驟031-032，完成石墨烯基底上所有不同主族的金屬化合物納米線的制備。

具體的，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)主族的金屬化合物納米線生長(zhǎng)好以后，再次采用步驟031將第二個(gè)主族的金屬化合物納米線生長(zhǎng)區(qū)域的掩膜去除，然后采用步驟032來(lái)生長(zhǎng)第二個(gè)主族的金屬化合物納米線，依此類推，完成所有的金屬化合物納米線的制備。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于之前已經(jīng)生長(zhǎng)好的金屬化合物納米線，后續(xù)在生長(zhǎng)與之不同主族的金屬化合物納米線時(shí)，后續(xù)的金屬前驅(qū)體溶液可能會(huì)依附在之前生長(zhǎng)好的金屬化合物納米線表面繼續(xù)生長(zhǎng)，也可能不會(huì)依附在之前生長(zhǎng)好的金屬化合物納米線表面繼續(xù)生長(zhǎng)，前者導(dǎo)致之前已經(jīng)生長(zhǎng)好的金屬化合物納米線繼續(xù)變粗，后者有可能會(huì)使得之前已經(jīng)生長(zhǎng)好的金屬化合物納米線略微變細(xì)，但這都不影響最后所形成的石墨烯基納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及其性能。

還需要說(shuō)明的是，當(dāng)石墨烯基底選擇氧化石墨烯時(shí)，經(jīng)步驟03生長(zhǎng)不同主族的金屬化合物納米線之后，氧化石墨烯可能被還原成還原氧化石墨烯薄膜，因此，該種情況下最后形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)中的石墨烯可能為還原氧化石墨烯薄膜或者氧化石墨烯薄膜。

綜上所述，本實(shí)用新型的石墨烯基納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)，采用了多種不同主族的金屬化合物納米線與石墨烯薄膜進(jìn)行復(fù)合，從而兼容了石墨烯基底包括單層石墨烯、氧化石墨烯或還原氧化石墨烯的性能和多種不同主族的金屬化合物納米線的性能，擴(kuò)寬了石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域。進(jìn)一步的，不同主族的金屬化合物納米線的直徑不同時(shí)，直徑大的金屬化合物納米線的比表面積占所有金屬化合物納米線的比表面積的比例較大，使得該復(fù)合結(jié)構(gòu)主要顯現(xiàn)出該直徑大的金屬化合物納米線的性能，利用這一點(diǎn)，可以通過(guò)選擇性生長(zhǎng)直徑大的金屬化合物來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)該復(fù)合結(jié)構(gòu)的性能的調(diào)控。

雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭示如上，然所述實(shí)施例僅為了便于說(shuō)明而舉例而已，并非用以限定本實(shí)用新型，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下可作若干的更動(dòng)與潤(rùn)飾，本實(shí)用新型所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。