本發(fā)明屬于光電子技術領域，涉及一種摻雜型石墨烯納米帶光電子器件的制備方法。
背景技術：
石墨烯是一種由sp2雜化碳原子緊密堆砌成單層二維蜂窩狀晶格結構的新型納米材料。雖然1970年就首次報道了石墨烯納米片的生產方法，但第一片孤立單層石墨烯是在2004年通過微機械剝離石墨而制備得到。石墨烯之所以能引起研究者們的廣泛關注，關鍵在于其優(yōu)越的性能。至今為止，石墨烯是宇宙中最薄的一種材料，厚度約為0.35nm。石墨烯的力學強度比任何材料的力學強度都高，單層石墨烯測量的彈性模量為1tpa，極限強度可達130gpa，是鋼的300倍。再者，單層石墨烯具有很高的電導率，達6000s/cm，與碳納米管不同，并不影響石墨烯的電導率。外加上極高的表面積(理論值：2630m2/g)和優(yōu)異的氣密性等性能，預示著石墨烯在提高材料機械性能、電性能、熱性能和氣體阻隔性方面有著巨大的潛力。
但本征石墨烯在應用上仍有缺陷，如存在帶隙的材料能通過電子在能級上的躍遷發(fā)出光子，而石墨烯是一種零帶隙材料，幾乎不可能通過石墨烯觀察發(fā)光現(xiàn)象。然而，采用摻雜，部分還原和表面鈍化氧化石墨烯，將石墨烯相關材料解離至納米尺寸的石墨烯片層等方法，能打開石墨烯的能帶隙，從而觀察到發(fā)光現(xiàn)象。通過理論預測和實驗證明，改變石墨烯的形貌(尺寸，形狀和厚度)能有效地改變石墨烯的性質。如今已有各種形態(tài)的石墨烯，如一維石墨烯納米帶(gnrs)，一維石墨烯納米棒和零維石墨烯量子點(gqds)通過減少gnrs的寬度，可提高石墨烯的能帶值。gqds具有良好的邊界效應，非常適用于生產納米微型光學電子器件。隨著研究的不斷深入，研究者們已不僅只專注于石墨烯本身功能性研究，更加重視在設備中的實際應用。本征石墨烯的活性位點不夠，不具有選擇性，在實際應用中不具備很好的匹配度；而且石墨烯基材料在酸性介質下的氧化還原反應(orr)中催化活性較低，不足以替代貴金屬作為電催化劑。為了彌補石墨烯的缺陷，除了對石墨烯進行控制形貌外，對石墨烯進行摻雜是另外一種有效的方法。摻雜可以打開石墨烯的能帶隙，雜質原子能影響石墨烯的酸堿特性，改變電化學性能和催化性能。
納米半導體材料具有優(yōu)異的電學和光學性質，引起了人們廣泛的研究興趣，因此摻雜型石墨烯納米帶光電子器件具有重要的研究意義。目前，現(xiàn)有技術中急需一種摻雜型石墨烯納米帶光電子器件的制備方法。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種摻雜型石墨烯納米帶光電子器件的制備方法。
其具體技術方案為：
一種摻雜型石墨烯納米帶光電子器件的制備方法，包括以下步驟：
步驟1、摻雜型石墨烯納米帶的制備
提供一銅襯底，在所述銅襯底上形成鎳薄膜層；在所述鎳薄膜層上選擇一特定區(qū)域，在所述特定區(qū)域分別注入n型摻雜元素、b型摻雜元素和p型摻雜元素，以分別形成富n型摻雜元素區(qū)、富b型摻雜元素區(qū)和富p型摻雜元素區(qū)；對摻雜元素注入后的所述銅襯底進行第一階段保溫，在三溫區(qū)管式爐中進行，首先對爐子進行機械抽真空，待氣壓降低到20pa以下，開啟分子泵抽至103帕斯卡，接著對爐腔進行加熱并持續(xù)通入氨氫混合氣體，氣體流量恒定為20sccm并保持壓強在100torr，以使所述銅襯底和所述鎳薄膜層形成銅鎳合金襯底，從而使注入到所述鎳薄膜層特定區(qū)域中的n型摻雜元素、b型摻雜元素和p型摻雜元素在所述銅鎳合金襯底的表面聚集；然后在氬氫混合氣體環(huán)境下進行第二階段保溫，以分別在所述富n型摻雜元素區(qū)和所述富p型摻雜元素區(qū)得到n型摻雜石墨烯、b型摻雜石墨烯和p型摻雜石墨烯；最后緩慢冷卻降至室溫；
步驟2、納米材料的轉移
將步驟1制備的摻雜型石墨烯納米帶放入酒精中，形成懸浮液，然后將懸浮液滴在帶有絕緣層的硅襯底上，然后防止在烘膠臺上烘烤，使酒精揮發(fā)，重復3-5次，直到納米帶轉移到襯底上；
步驟3、電極圖案的轉移
在硅片上涂上對光敏感的光刻膠，光透過掩模板把掩膜版上的圖形轉移到光刻膠上，然后將曝光后帶有光刻膠的襯底放入顯影液中發(fā)生反應，把溶解的部分去掉，在光刻層下留下一個孔，這個孔和掩模板的圖形相對應。
步驟4、電極的制備
對納米材料進行電極蒸鍍。
進一步，步驟4中，電極蒸鍍的厚度為45-55nm。
進一步，步驟4中，電極蒸鍍后，把光刻膠的部分溶解掉，把沉積后的襯底放入丙酮中，光刻膠與丙酮反應溶解。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：
本發(fā)明提供的摻雜型石墨烯納米帶光電子器件的制備方法操作流程簡單，節(jié)省了器件的制作時間，提高了工作效率，適合推廣應用。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細地說明。
實施例1
一種摻雜型石墨烯納米帶光電子器件的制備方法，包括以下步驟：
步驟1、摻雜型石墨烯納米帶的制備
提供一銅襯底，在所述銅襯底上形成鎳薄膜層；在所述鎳薄膜層上選擇一特定區(qū)域，在所述特定區(qū)域分別注入n型摻雜元素、b型摻雜元素和p型摻雜元素，以分別形成富n型摻雜元素區(qū)、富b型摻雜元素區(qū)和富p型摻雜元素區(qū)；對摻雜元素注入后的所述銅襯底進行第一階段保溫，在三溫區(qū)管式爐中進行，首先對爐子進行機械抽真空，待氣壓降低到20pa以下，開啟分子泵抽至103帕斯卡，接著對爐腔進行加熱并持續(xù)通入氬氫混合氣體，氣體流量恒定為20sccm并保持壓強在100torr，以使所述銅襯底和所述鎳薄膜層形成銅鎳合金襯底，從而使注入到所述鎳薄膜層特定區(qū)域中的n型摻雜元素、b型摻雜元素和p型摻雜元素在所述銅鎳合金襯底的表面聚集；然后在氬氫混合氣體環(huán)境下進行第二階段保溫，以分別在所述富n型摻雜元素區(qū)和所述富p型摻雜元素區(qū)得到n型摻雜石墨烯、b型摻雜石墨烯和p型摻雜石墨烯；最后緩慢冷卻降至室溫；
步驟2、納米材料的轉移
將步驟1制備的摻雜型石墨烯納米帶放入酒精中，形成懸浮液，然后將懸浮液滴在帶有絕緣層的硅襯底上，然后防止在烘膠臺上烘烤，使酒精揮發(fā)，重復5次，直到納米帶轉移到襯底上；
步驟3、電極圖案的轉移
在硅片上涂上對光敏感的光刻膠，光透過掩模板把掩膜版上的圖形轉移到光刻膠上，然后將曝光后帶有光刻膠的襯底放入顯影液中發(fā)生反應，把溶解的部分去掉，在光刻層下留下一個孔，這個孔和掩模板的圖形相對應。
步驟4、電極的制備
對納米材料進行電極蒸鍍。電極蒸鍍的厚度為55nm。電極蒸鍍后，把光刻膠的部分溶解掉，把沉積后的襯底放入丙酮中，光刻膠與丙酮反應溶解。
實施例2
一種摻雜型石墨烯納米帶光電子器件的制備方法，包括以下步驟：
步驟1、摻雜型石墨烯納米帶的制備
提供一銅襯底，在所述銅襯底上形成鎳薄膜層；在所述鎳薄膜層上選擇一特定區(qū)域，在所述特定區(qū)域分別注入n型摻雜元素、b型摻雜元素和p型摻雜元素，以分別形成富n型摻雜元素區(qū)、富b型摻雜元素區(qū)和富p型摻雜元素區(qū)；對摻雜元素注入后的所述銅襯底進行第一階段保溫，在三溫區(qū)管式爐中進行，首先對爐子進行機械抽真空，待氣壓降低到20pa以下，開啟分子泵抽至103帕斯卡，接著對爐腔進行加熱并持續(xù)通入氬氫混合氣體，氣體流量恒定為20sccm并保持壓強在100torr，以使所述銅襯底和所述鎳薄膜層形成銅鎳合金襯底，從而使注入到所述鎳薄膜層特定區(qū)域中的n型摻雜元素、b型摻雜元素和p型摻雜元素在所述銅鎳合金襯底的表面聚集；然后在氬氫混合氣體環(huán)境下進行第二階段保溫，以分別在所述富n型摻雜元素區(qū)和所述富p型摻雜元素區(qū)得到n型摻雜石墨烯、b型摻雜石墨烯和p型摻雜石墨烯；最后緩慢冷卻降至室溫；
步驟2、納米材料的轉移
將步驟1制備的摻雜型石墨烯納米帶放入酒精中，形成懸浮液，然后將懸浮液滴在帶有絕緣層的硅襯底上，然后防止在烘膠臺上烘烤，使酒精揮發(fā)，重復4次，直到納米帶轉移到襯底上；
步驟3、電極圖案的轉移
在硅片上涂上對光敏感的光刻膠，光透過掩模板把掩膜版上的圖形轉移到光刻膠上，然后將曝光后帶有光刻膠的襯底放入顯影液中發(fā)生反應，把溶解的部分去掉，在光刻層下留下一個孔，這個孔和掩模板的圖形相對應。
步驟4、電極的制備
對納米材料進行電極蒸鍍。電極蒸鍍的厚度為50nm。電極蒸鍍后，把光刻膠的部分溶解掉，把沉積后的襯底放入丙酮中，光刻膠與丙酮反應溶解。
實施例3
一種摻雜型石墨烯納米帶光電子器件的制備方法，包括以下步驟：
步驟1、摻雜型石墨烯納米帶的制備
提供一銅襯底，在所述銅襯底上形成鎳薄膜層；在所述鎳薄膜層上選擇一特定區(qū)域，在所述特定區(qū)域分別注入n型摻雜元素、b型摻雜元素和p型摻雜元素，以分別形成富n型摻雜元素區(qū)、富b型摻雜元素區(qū)和富p型摻雜元素區(qū)；對摻雜元素注入后的所述銅襯底進行第一階段保溫，在三溫區(qū)管式爐中進行，首先對爐子進行機械抽真空，待氣壓降低到20pa以下，開啟分子泵抽至103帕斯卡，接著對爐腔進行加熱并持續(xù)通入氬氫混合氣體，氣體流量恒定為20sccm并保持壓強在100torr，以使所述銅襯底和所述鎳薄膜層形成銅鎳合金襯底，從而使注入到所述鎳薄膜層特定區(qū)域中的n型摻雜元素、b型摻雜元素和p型摻雜元素在所述銅鎳合金襯底的表面聚集；然后在氬氫混合氣體環(huán)境下進行第二階段保溫，以分別在所述富n型摻雜元素區(qū)和所述富p型摻雜元素區(qū)得到n型摻雜石墨烯、b型摻雜石墨烯和p型摻雜石墨烯；最后緩慢冷卻降至室溫；
步驟2、納米材料的轉移
將步驟1制備的摻雜型石墨烯納米帶放入酒精中，形成懸浮液，然后將懸浮液滴在帶有絕緣層的硅襯底上，然后防止在烘膠臺上烘烤，使酒精揮發(fā)，重復3次，直到納米帶轉移到襯底上；
步驟3、電極圖案的轉移
在硅片上涂上對光敏感的光刻膠，光透過掩模板把掩膜版上的圖形轉移到光刻膠上，然后將曝光后帶有光刻膠的襯底放入顯影液中發(fā)生反應，把溶解的部分去掉，在光刻層下留下一個孔，這個孔和掩模板的圖形相對應。
步驟4、電極的制備
對納米材料進行電極蒸鍍。電極蒸鍍的厚度為45nm。電極蒸鍍后，把光刻膠的部分溶解掉，把沉積后的襯底放入丙酮中，光刻膠與丙酮反應溶解。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，本發(fā)明的保護范圍不限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護范圍內。