專(zhuān)利名稱(chēng)：石墨烯半導(dǎo)體用離子層制備方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制備領(lǐng)域，特別涉及ー種石墨烯半導(dǎo)體用離子層制備方法和裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體是現(xiàn)代電子エ業(yè)的支柱，它是晶體管、集成電路以及各類(lèi)電子元件的核心材料。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的硅、鍺等元素半導(dǎo)體的性能提升空間越來(lái)越小。石墨烯以?xún)?yōu)異的導(dǎo)電性能，廣闊的開(kāi)發(fā)前景，在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域受到越來(lái)越多的關(guān)注。離子層是石墨烯半導(dǎo)體的ー個(gè)重要組成部件，通過(guò)將注入離子均勻地注入到石墨烯基體模中制成。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了ー種石墨烯半導(dǎo)體用離子層制備方法和裝置。所述技術(shù)方案如下:一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了ー種石墨烯半導(dǎo)體用離子層制備方法，所述方法包括:用電子轟擊原子，生成離子流；采用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)除去所述離子流中的部分雜質(zhì)離子，得到第一次除雜后的所述離子流；采用與未除去的雜質(zhì)離子元素相同的同位素物質(zhì)對(duì)所述第一次除雜后的所述離子流進(jìn)行共振吸收，得到第二次除雜后的所述離子流；將所述第二次除雜后的所述離子流均勻地注入到石墨烯基體模中。進(jìn)ー步地，所述將所述第二次除雜后的所述離子流均勻地注入到石墨烯基體模中，包括:通過(guò)控制所述第二次除雜后的所述離子流注入到所述石墨烯基體模時(shí)的流量和注入時(shí)間，以達(dá)到預(yù)定注入濃度。進(jìn)ー步地，所述控制所述第二次除雜后的所述離子流的流量，包括:利用加速電壓可調(diào)的加速電場(chǎng)對(duì)所述第二次除雜后的所述離子流加速；檢測(cè)經(jīng)加速后的所述第二次除雜后的所述離子流所帶電流；將檢測(cè)到的電流與預(yù)設(shè)電流值進(jìn)行比較；當(dāng)所述檢測(cè)到的電流小于所述預(yù)設(shè)電流值時(shí)，增大所述加速電壓；當(dāng)所述檢測(cè)到的電流大于所述預(yù)設(shè)電流值吋，減小所述加速電壓。進(jìn)ー步地，在所述采用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)除去所述離子流中的部分雜質(zhì)離子之前，所述方法還包括:將所述離子流制成等離子體。另ー方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了ー種石墨烯半導(dǎo)體用離子層制備裝置，所述裝置包括:離子產(chǎn)生模塊，用于用電子轟擊原子，生成離子流；磁偏轉(zhuǎn)模塊，用于采用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)除去所述離子流中的部分雜質(zhì)離子，得到第一次除雜后的所述離子流；共振吸收模塊，用于采用與未除去的雜質(zhì)離子元素相同的同位素物質(zhì)對(duì)所述第一次除雜后的所述離子流進(jìn)行共振吸收，得到第二次除雜后的所述離子流；離子注入模塊，用于將所述第二次除雜后的所述離子流均勻地注入到石墨烯基體模中；其中，所述磁偏轉(zhuǎn)模塊、所述共振吸收模塊位于所述離子產(chǎn)生模塊和所述離子注入模塊之間，且所述磁偏轉(zhuǎn)模塊、所述共振吸收模塊以及所述離子注入模塊按照離子流的流向順序設(shè)置。其中，所述共振吸收模塊為裝有與所述未除去的雜質(zhì)離子元素相同的同位素物質(zhì)的諧振腔。其中，所述離子注入模塊包括偏轉(zhuǎn)掃描電路。進(jìn)ー步地，所述離子注入模塊還包括:控制單元，用于通過(guò)控制`所述第二次除雜后的所述離子流注入到所述石墨烯基體模時(shí)的流量和注入時(shí)間，以達(dá)到預(yù)定注入濃度。進(jìn)ー步地,所述控制單元包括:加速子単元，用于利用加速電壓可調(diào)的加速電場(chǎng)對(duì)所述第二次除雜后的所述離子流加速；檢流計(jì)，用于檢測(cè)經(jīng)加速后的所述第二次除雜后的所述離子流所帶電流；控制子単元，用于將檢測(cè)到的電流與預(yù)設(shè)電流值進(jìn)行比較；當(dāng)所述檢測(cè)到的電流小于所述預(yù)設(shè)電流值時(shí)，增大所述加速電壓；當(dāng)所述檢測(cè)到的電流大于所述預(yù)設(shè)電流值吋，減小所述加速電壓。進(jìn)ー步地,所述控制單元還包括:注入使能閥，用于通過(guò)開(kāi)關(guān)動(dòng)作控制注入時(shí)間。本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:通過(guò)依次采用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)和共振吸收技術(shù)除去離子流中的雜質(zhì)離子，從而提高了注入離子的純度，使得制成的離子層具有良好的導(dǎo)電性能，提高了石墨烯半導(dǎo)體的整體性倉(cāng)^:。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的石墨烯半導(dǎo)體用離子層制備方法流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的離子流通過(guò)磁偏轉(zhuǎn)區(qū)和共振吸收區(qū)的示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例ニ提供的石墨烯半導(dǎo)體用離子層制備裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)ー步地詳細(xì)描述。實(shí)施例一本發(fā)明實(shí)施例提供了ー種石墨烯半導(dǎo)體用離子層制備方法，參見(jiàn)圖1，該方法包括:步驟101:用電子轟擊原子，生成離子流。具體地，上述原子可以為含有雜質(zhì)的硼或磷原子。下面以硼原子為例進(jìn)行說(shuō)明。在高壓作用下，電子在電場(chǎng)中獲得足夠的動(dòng)能，轟擊含有雜質(zhì)的硼原子，使硼原子外層電子脫離原子核，獲得注入用硼離子；持續(xù)產(chǎn)生的硼離子形成離子流。步驟102:采用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)除去離子流中的部分雜質(zhì)離子，得到第一次除雜后的離子流。具體地，由于原子為含有雜質(zhì)的硼原子，因此產(chǎn)生的硼離子中也含有雜質(zhì)離子，為了提高半導(dǎo)體的性能，需要將硼離子中的雜質(zhì)離子去除。將離子流通過(guò)磁偏轉(zhuǎn)區(qū)域，由于部分雜質(zhì)離子和硼離子的電荷質(zhì)量比相差很大，所以離子流在經(jīng)過(guò)磁偏轉(zhuǎn)區(qū)域時(shí)，部分雜質(zhì)離子會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)從而被去除，而硼離子及與硼離子電荷質(zhì)量比相當(dāng)?shù)碾s質(zhì)離子將通過(guò)該磁偏轉(zhuǎn)區(qū)域，形成第一次除雜后的離子流。如何控制磁場(chǎng)使硼離子不偏轉(zhuǎn)，而雜質(zhì)離子偏轉(zhuǎn)屬于現(xiàn)有技木，這里不再贅述。進(jìn)ー步地，在步驟102之前，該方法還包括:將離子流制成等離子體。等離子體溫度高，所帯電量大，從而提高了最終制成的離子層的導(dǎo)電性能。然后在等離子狀態(tài)下，采用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)除去雜質(zhì)離子。步驟103:采用與未除去的雜質(zhì)離子元素相同的同位素物質(zhì)對(duì)第一次除雜后的離子流進(jìn)行共振吸收，得到第二次除雜后的離子流。具體地，由于未被除去的部分雜質(zhì)離子的電荷質(zhì)量比與硼離子的電荷質(zhì)量比相近，因此在采用磁偏轉(zhuǎn)進(jìn)行除雜時(shí)，這部分雜質(zhì)離子并不能被去除。因此在步驟102的基礎(chǔ)上，設(shè)置步驟103進(jìn)行第二次去除。采用與未除去的雜質(zhì)離子元素相同的同位素物質(zhì)與第一次除雜后的離子流進(jìn)行共振吸收，在步驟102中未被去除的雜質(zhì)離子被共振吸收。值得說(shuō)明的是，由于未除去的雜質(zhì)離子質(zhì)量與硼離子相近，因此可以推測(cè)出是何種離子；未除去的雜質(zhì)離子種類(lèi)也可以是在以前的實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)中得出的。上述步驟102和103的具體過(guò)程如圖2所示，其中，白色圓點(diǎn)表示硼離子21，黒色圓點(diǎn)表示雜質(zhì)離子22。在通過(guò)磁偏轉(zhuǎn)區(qū)23時(shí)大部分雜質(zhì)離子22被去除，但還會(huì)存在少量的雜質(zhì)離子22，這時(shí)再控制離子通過(guò)相干輻射源25作用下的共振吸收區(qū)24，進(jìn)ー步去除雜質(zhì)離子22。步驟104:將第二次除雜后的離子流均勻地注入到石墨烯基體模中。具體地，第二次除雜后的離子流通過(guò)ー個(gè)偏轉(zhuǎn)線圈，偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生一定頻率的交變磁場(chǎng)，使離子流中的離子產(chǎn)生有規(guī)律的掃描。出于離子均勻分布在平面內(nèi)的需要，會(huì)將離子流掃描成ー個(gè)個(gè)的離子平面；在掃描每個(gè)離子平面時(shí)，可以將整個(gè)平面分為若干行，由于離子流必須在行的方向和與行的方向垂直的方向都獲得偏轉(zhuǎn)，所以在每一行從左到右的偏轉(zhuǎn)，然后逐行掃描，從而使離子均勻分布在平面內(nèi)。然后將離子平面注入到石墨烯基體模中。進(jìn)ー步地，步驟104包括:通過(guò)控制第二次除雜后的離子流注入到石墨烯基體模時(shí)的流量和注入時(shí)間，以達(dá)到預(yù)定注入濃度。其中，離子濃度是指單位面積上的離子數(shù)。這樣做的好處在于，可以對(duì)單個(gè)石墨烯基體模中注入的離子濃度進(jìn)行控制，以達(dá)到預(yù)定注入濃度，同時(shí)還可以保持若干個(gè)石墨烯基體模中注入的離子濃度相同。即保證同一批次生產(chǎn)的高純度離子層的性能相同。更進(jìn)一歩地，控制第二次除雜后的離子流的流量，包括:利用加速電壓可調(diào)的加速電場(chǎng)對(duì)第二次除雜后的離子流加速；檢測(cè)經(jīng)加速后的第二次除雜后的離子流所帶電流；將檢測(cè)到的電流與預(yù)設(shè)電流值進(jìn)行比較；當(dāng)檢測(cè)到的電流小于預(yù)設(shè)電流值時(shí)，増大加速電壓；當(dāng)檢測(cè)到的電流大于預(yù)設(shè)電流值時(shí)，減小加速電壓。更進(jìn)一歩地，注入時(shí)間可以通過(guò)控制使能閥的開(kāi)關(guān)動(dòng)作來(lái)控制。其中，加速電壓在40KV量級(jí)。值得說(shuō)明的是，這里利用加速電壓可調(diào)的加速電場(chǎng)對(duì)第二次除雜后的離子流加速，也可以在采用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)除去離子流中的部分雜質(zhì)離子之前進(jìn)行，不過(guò)此時(shí)是對(duì)剛生成的離子流進(jìn)行加速。容易知道，石墨烯基體模中注入的離子濃度可用單位面積上的離子數(shù)D表示，D=NXt/ (qXS);其中N為離子流的流量，用離子流所帶的電流表示；t為注入時(shí)間；q為電荷量1.6X 10_19，S為石墨烯基體模面積。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)依次采用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)和共振吸收技術(shù)除去離子流中的雜質(zhì)離子，從而提高了注入離子的純度，使得制成的離子層具有良好的導(dǎo)電性能，提高了石墨烯半導(dǎo)體的整體性能。實(shí)施例ニ本發(fā)明實(shí)施例提供了ー種石墨烯半導(dǎo)體用離子層制備裝置，參見(jiàn)圖3，該裝置包括:離子產(chǎn)生模塊31，用于用電子轟擊原子，生成離子流；磁偏轉(zhuǎn)模塊32，用于采用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)除去離子流中的部分雜質(zhì)離子，得到第一次除雜后的離子流；共振吸收模塊33，用于采用與未除去的雜質(zhì)離子元素相同的同位素物質(zhì)對(duì)第一次除雜后的離子流進(jìn)行共振吸收，得到第二次除雜后的離子流；離子注入模塊34，用于將第二次除雜后的離子流均勻地注入到石墨烯基體模中。其中，磁偏轉(zhuǎn)模塊32、共振吸收模塊33位于離子產(chǎn)生模塊31和離子注入模塊34之間，且磁偏轉(zhuǎn)模塊32、共振吸收模塊33以及離子注入模塊34按照離子流的流向順序設(shè)置。其中，共振吸收模塊33為裝有與未除去的雜質(zhì)離子元素相同的同位素物質(zhì)的諧振腔。
其中，離子注入模塊34包括偏轉(zhuǎn)掃描電路。第二次除雜后的離子流通過(guò)偏轉(zhuǎn)掃描電路中的偏轉(zhuǎn)線圈，偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生一定頻率的交變磁場(chǎng)，使離子流中的離子產(chǎn)生有規(guī)律的掃描。出于離子均勻分布在平面內(nèi)的需要，會(huì)將離子流掃描成ー個(gè)個(gè)的離子平面；在掃描每個(gè)離子平面時(shí)，可以將整個(gè)平面分為若干行，由于離子流必須在行的方向和與行的方向垂直的方向都獲得偏轉(zhuǎn)，所以在每一行從左到右的偏轉(zhuǎn)，然后逐行掃描，從而使離子均勻分布在平面內(nèi)。進(jìn)ー步地，離子注入模塊34還包括:控制單元，用于通過(guò)控制第二次除雜后的離子流注入到所述石墨烯基體模時(shí)的流量和注入時(shí)間，以達(dá)到預(yù)定注入濃度。具體地，控制單元包括:加速子単元，用于利用加速電壓可調(diào)的加速電場(chǎng)對(duì)第二次除雜后的離子流加速；檢流計(jì)，用于檢測(cè)經(jīng)加速后的第二次除雜后的離子流所帶電流；控制子単元，用于將檢測(cè)到的電流與預(yù)設(shè)電流值進(jìn)行比較；當(dāng)檢測(cè)到的電流小于預(yù)設(shè)電流值時(shí)，増大加速電壓；當(dāng)檢測(cè)到的電流大于預(yù)設(shè)電流值時(shí)，減小加速電壓。特別地，控制單元還包括:注入使能閥，用于通過(guò)開(kāi)關(guān)動(dòng)作控制注入時(shí)間。關(guān)閉注入使能閥時(shí)，離子流無(wú)法通過(guò)，打開(kāi)注入使能閥時(shí)，離子流能夠通過(guò)。容易知道，加速子單元還可以設(shè)于離子產(chǎn)生模塊31和磁偏轉(zhuǎn)模塊32之間。離子注入模塊34內(nèi)處于真空，相應(yīng)還設(shè)有溫控單元。進(jìn)ー步地，該裝置還包括:等離子體模塊，用于在離子通過(guò)磁偏轉(zhuǎn)模塊32之前，將離子流制成等離子體。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)依次采用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)和共振吸收技術(shù)除去離子流中的雜質(zhì)離子，從而提高了注入離子的純度，使得制成的離子層具有良好的導(dǎo)電性能，提高了石墨烯半導(dǎo)體的整體性能。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過(guò)硬件來(lái)完成，也可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于ー種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤(pán)或光盤(pán)等。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種石墨烯半導(dǎo)體用離子層制備方法，其特征在于，所述方法包括: 用電子轟擊原子，生成離子流； 采用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)除去所述離子流中的部分雜質(zhì)離子，得到第一次除雜后的所述離子流； 采用與未除去的雜質(zhì)離子元素相同的同位素物質(zhì)對(duì)所述第一次除雜后的所述離子流進(jìn)行共振吸收，得到第二次除雜后的所述離子流； 將所述第二次除雜后的所述離子流均勻地注入到石墨烯基體模中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將所述第二次除雜后的所述離子流均勻地注入到石墨烯基體模 中，包括: 通過(guò)控制所述第二次除雜后的所述離子流注入到所述石墨烯基體模時(shí)的流量和注入時(shí)間，以達(dá)到預(yù)定注入濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制所述第二次除雜后的所述離子流的流量，包括: 利用加速電壓可調(diào)的加速電場(chǎng)對(duì)所述第二次除雜后的所述離子流加速； 檢測(cè)經(jīng)加速后的所述第二次除雜后的所述離子流所帶電流； 將檢測(cè)到的電流與預(yù)設(shè)電流值進(jìn)行比較； 當(dāng)所述檢測(cè)到的電流小于所述預(yù)設(shè)電流值時(shí)，增大所述加速電壓；當(dāng)所述檢測(cè)到的電流大于所述預(yù)設(shè)電流值吋，減小所述加速電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述采用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)除去所述離子流中的部分雜質(zhì)離子之前，所述方法還包括: 將所述離子流制成等離子體。
5.一種石墨烯半導(dǎo)體用離子層制備裝置，其特征在于，所述裝置包括: 離子產(chǎn)生模塊，用于用電子轟擊原子，生成離子流； 磁偏轉(zhuǎn)模塊，用于采用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)除去所述離子流中的部分雜質(zhì)離子，得到第一次除雜后的所述離子流； 共振吸收模塊，用于采用與未除去的雜質(zhì)離子元素相同的同位素物質(zhì)對(duì)所述第一次除雜后的所述離子流進(jìn)行共振吸收，得到第二次除雜后的所述離子流； 離子注入模塊，用于將所述第二次除雜后的所述離子流均勻地注入到石墨烯基體模中； 其中，所述磁偏轉(zhuǎn)模塊、所述共振吸收模塊位于所述離子產(chǎn)生模塊和所述離子注入模塊之間，且所述磁偏轉(zhuǎn)模塊、所述共振吸收模塊以及所述離子注入模塊按照離子流的流向順序設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在干，所述共振吸收模塊為裝有與所述未除去的雜質(zhì)離子元素相同的同位素物質(zhì)的諧振腔。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述離子注入模塊包括偏轉(zhuǎn)掃描電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述離子注入模塊還包括: 控制單元，用于通過(guò)控制所述第二次除雜后的所述離子流注入到所述石墨烯基體模時(shí)的流量和注入時(shí)間，以達(dá)到預(yù)定注入濃度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述控制単元包括:加速子単元，用于利用加速電壓可調(diào)的加速電場(chǎng)對(duì)所述第二次除雜后的所述離子流加速； 檢流計(jì)，用于檢測(cè)經(jīng)加速后的所述第二次除雜后的所述離子流所帶電流； 控制子単元，用于將檢測(cè)到的電流與預(yù)設(shè)電流值進(jìn)行比較； 當(dāng)所述檢測(cè)到的電流小于所述預(yù)設(shè)電流值時(shí)，增大所述加速電壓；當(dāng)所述檢測(cè)到的電流大于所述預(yù)設(shè)電流值吋，減小所述加速電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述控制單元還包括: 注入使能閥，用于通過(guò)開(kāi)關(guān)動(dòng)作控制注 入時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種石墨烯半導(dǎo)體用離子層制備方法和裝置，屬于半導(dǎo)體制備技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括用電子轟擊原子，生成離子流；采用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)除去所述離子流中的部分雜質(zhì)離子，得到第一次除雜后的所述離子流；采用與未除去的雜質(zhì)離子元素相同的同位素物質(zhì)對(duì)所述第一次除雜后的所述離子流進(jìn)行共振吸收，得到第二次除雜后的所述離子流；將所述第二次除雜后的所述離子流均勻地注入到石墨烯基體模中。本發(fā)明通過(guò)依次采用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)和共振吸收技術(shù)除去離子流中的雜質(zhì)離子，從而提高了注入離子的純度，使得制成的離子層具有良好的導(dǎo)電性能，提高了石墨烯半導(dǎo)體的整體性能。
文檔編號(hào)H01L21/265GK103094080SQ20131002422
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者雷海東 申請(qǐng)人:江漢大學(xué)