襯底所在的區(qū)域4兩個不同的區(qū)域，分別用于放置所述襯底6和所述硼碳固態(tài)源5，并可以對襯底6和硼碳固態(tài)源5分別進(jìn)行加熱。所述電阻絲7位于所述兩個區(qū)域附近，適于對所述兩個區(qū)域進(jìn)行加熱。
[0051]作為示例，所述步驟I)中，將所述襯底置于所述雙溫區(qū)系統(tǒng)后，還包括向所述雙溫區(qū)系統(tǒng)內(nèi)通入還原性氣體，具體為向所述石英管2內(nèi)通入還原性氣體，并對所述襯底進(jìn)行高溫退火處理的步驟，退火處理的溫度范圍可以為800°C?1100°C ;優(yōu)選地，本實(shí)施例中，退火溫度為1000 °C。
[0052]作為示例，向所述雙溫區(qū)系統(tǒng)內(nèi)通入所述還原性氣體之前，還包括對還原性氣體輸送管路進(jìn)行清洗的步驟。
[0053]作為示例，所述還原性氣體為氫氣、氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w或氫氣與氬氣的混合氣體。
[0054]具體的，在一示例中，將銅箔襯底置于所述雙溫區(qū)系統(tǒng)，清洗還原性氣體輸送管路之后，用機(jī)械栗將爐管內(nèi)氣壓抽至5Pa以下，通入氫氣，氫氣的流量為1sccm?10sccm;然后對銅箔襯底進(jìn)行高溫退火處理，在1000°C下退火20min，以降低銅箔襯底表面的缺陷。
[0055]執(zhí)行步驟S2，請參閱圖1中的S2步驟，提供一硼碳固態(tài)源，將所述硼碳固態(tài)源置于所述雙溫區(qū)系統(tǒng)內(nèi)，加熱以在所述襯底表面沉積形成硼摻雜石墨烯薄膜。
[0056]作為示例，所述硼碳固態(tài)源可以為乙基硼酸等小分子烷基硼酸、小分子烷基苯硼酸或帶有烴基、羥基、羧基或醛基的苯硼酸中的一種，如乙基硼酸、4-甲基苯硼酸、4-甲氧基苯硼酸、4-異丙基苯硼酸、4-叔丁基苯硼酸、4-羥甲基苯硼酸、4-甲?；脚鹚?、4-羥基苯硼酸、4-羧基苯硼酸、4-乙基苯硼酸、4-丙基苯硼酸、3，5-二甲基苯硼酸、2-聯(lián)苯基硼酸、環(huán)丙基硼酸、丁基硼酸、1-萘硼酸、正丙基硼酸、甲基硼酸等;優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述硼碳固態(tài)源為乙基硼酸。
[0057]作為示例，所述步驟2)中，將所述硼碳固態(tài)源置于所述雙溫區(qū)系統(tǒng)內(nèi)，加熱以在所述襯底表面沉積形成硼摻雜石墨烯薄膜，包括以下步驟:
[0058]2-1)將所述硼碳固態(tài)源置于所述雙溫區(qū)系統(tǒng)內(nèi)，所述硼碳固態(tài)源與所述襯底位于不同區(qū)域；向所述雙溫區(qū)系統(tǒng)內(nèi)通入還原性氣體，并分別對所述襯底及所述硼碳固態(tài)源進(jìn)行加熱，以在所述襯底表面沉積形成所述硼摻雜石墨烯薄膜；
[0059]2-2)停止加熱，繼續(xù)通入還原性氣體直至冷卻至室溫，取出表面形成有所述硼摻雜石墨烯薄膜的襯底。
[0060]作為示例，所述步驟2-1)中，所述襯底的加熱溫度范圍為350°C?1000°C。
[0061]作為示例，所述步驟2-1)中，所述硼碳固態(tài)源的加熱溫度范圍為80°C?200°C。
[0062]作為示例，所述步驟2-1)中，沉積時(shí)間為2min?40min，即在所述襯底表面沉積形成所述硼摻雜石墨稀薄膜的時(shí)間為2min?40min。
[0063]作為示例，所述還原性氣體為氫氣、氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w或氫氣與氬氣的混合氣體;優(yōu)選地，本實(shí)施例中，所述還原氣體為氫氣。
[0064]具體的，請繼續(xù)參閱圖2，在一示例中，在高溫處理后的銅箔襯底將至室溫后，將銅箔襯底放入遠(yuǎn)離載氣入口端的右溫區(qū)(即襯底所在區(qū)域4)，然后稱量0.0lg?Ig乙基硼酸放入靠近載氣入口端的左溫區(qū)(即硼碳固態(tài)源所在區(qū)域3);用機(jī)械栗將爐管內(nèi)氣壓抽至5Pa以下，通入氫氣，氫氣的流量為1sccm?10sccm;開始加熱后，當(dāng)襯底所在區(qū)域4溫度升至350°C?1000°C時(shí)，等溫度穩(wěn)定后將硼碳固態(tài)源所在區(qū)域3升溫至80°C?200°C，分別保溫2min?40min;停止加熱，繼續(xù)通入氫氣直至雙溫區(qū)管式爐內(nèi)的溫度將至室溫。
[0065]最后，將硼摻雜石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至Si02/Si片上進(jìn)行表征。如圖3為硼摻雜石墨烯薄膜薄膜轉(zhuǎn)移到硅片襯底上之后的透射電子顯微鏡圖，由圖3可以看出硼摻雜石墨烯薄膜的表面均勻平整，缺陷較少。圖4及圖5分別為硼摻雜石墨烯薄膜的X射線光電子能譜的B峰圖、C峰及其分峰圖，從圖4及圖5中可以看出明顯的B、C峰;通過反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及源的溫度等工藝條件的控制可以控制硼的摻雜量，通過XPS譜圖數(shù)據(jù)的計(jì)算可以得到所制備的硼摻雜石墨烯薄膜中硼元素含量為I?5%。圖6為本發(fā)明制備的硼摻雜石墨烯薄膜的拉曼光譜圖，由圖6可以觀察到石墨烯的特征峰D、G、2D峰，且G峰和2D峰都有明顯的右移，說明本發(fā)明制備的硼摻雜石墨烯為P型摻雜。
[0066]綜上所述，本發(fā)明提供一種硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，所述制備方法至少包括:I)提供一襯底，將所述襯底置于雙溫區(qū)系統(tǒng)；2)提供一硼碳固態(tài)源，將所述硼碳固態(tài)源置于所述雙溫區(qū)系統(tǒng)內(nèi)，加熱以在所述襯底表面沉積形成硼摻雜石墨烯薄膜。本發(fā)明以硼摻雜石墨烯的薄膜的生長為研究對象，針對現(xiàn)有制備方法進(jìn)行改進(jìn)。通過在制備過程中選用唯一固態(tài)源作為碳、硼源以一步法在較低溫度下獲得大面積高質(zhì)量的石墨烯薄膜，同時(shí)，通過反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及源的溫度等工藝條件的控制可以控制硼的摻雜量，不僅降低反應(yīng)溫度，節(jié)約能耗，而且簡化了相關(guān)的制備工藝。因此本發(fā)明完全適用于在低溫下制備大面積、高質(zhì)量且摻雜量可控的硼摻雜石墨烯薄膜，且易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
[0067]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。
[0068]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(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)】
1.一種硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于，所述制備方法至少包括以下步驟: 1)提供一襯底，將所述襯底置于雙溫區(qū)系統(tǒng)； 2)提供一硼碳固態(tài)源，將所述硼碳固態(tài)源置于所述雙溫區(qū)系統(tǒng)內(nèi)，加熱以在所述襯底表面沉積形成硼摻雜石墨烯薄膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟I)中，將所述襯底置于所述雙溫區(qū)系統(tǒng)后，還包括向所述雙溫區(qū)系統(tǒng)內(nèi)通入還原性氣體，并對所述襯底進(jìn)行高溫退火處理的步驟。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于:向所述雙溫區(qū)系統(tǒng)內(nèi)通入所述還原性氣體之前，還包括對還原性氣體輸送管路進(jìn)行清洗的步驟。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于:所述還原性氣體為氫氣、氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w或氫氣與氬氣的混合氣體。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于:所述襯底材料為八11、？1?(1、1^1?11、(:0、祖、(:11中的一種或多種的合金材料、或鍍有以上金屬材料或合金材料的金屬箔、硅片、玻璃。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于:選用Au、Pt、Pd、11*、1?11、(:0、附、(:11中的一種或多種的合金材料為襯底時(shí)，還需要對所述襯底進(jìn)行拋光處理。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于:對所述襯底進(jìn)行拋光處理的方式包括采用醋酸、硝酸或鹽酸對所述襯底進(jìn)行化學(xué)拋光或在磷酸條件下對所述襯底進(jìn)行電化學(xué)拋光。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于:所述硼碳固態(tài)源為小分子烷基硼酸、小分子烷基苯硼酸或帶有烴基、羥基、羧基或醛基的苯硼酸中的一種。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中，將所述硼碳固態(tài)源置于所述雙溫區(qū)系統(tǒng)內(nèi)，加熱以在所述襯底表面沉積形成硼摻雜石墨烯薄膜，包括以下步驟: 2-1)將所述硼碳固態(tài)源置于所述雙溫區(qū)系統(tǒng)內(nèi)，所述硼碳固態(tài)源與所述襯底位于不同區(qū)域；向所述雙溫區(qū)系統(tǒng)內(nèi)通入還原性氣體，并分別對所述襯底及所述硼碳固態(tài)源進(jìn)行加熱，以在所述襯底表面沉積形成所述硼摻雜石墨烯薄膜； 2-2)停止加熱，繼續(xù)通入還原性氣體直至冷卻至室溫，取出表面形成有所述硼摻雜石墨烯薄膜的襯底。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟2-1)中，所述襯底的加熱溫度范圍為350 °C?1000 0C。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟2-1)中，所述硼碳固態(tài)源的加熱溫度范圍為80 0C?200 0C。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟2-1)中，沉積時(shí)間為2min?40min。13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，其特征在于:所述還原性氣體為氫氣、氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w或氫氣與氬氣的混合氣體。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種硼摻雜石墨烯薄膜的制備方法，包括：1）提供一襯底，將所述襯底置于雙溫區(qū)系統(tǒng)；2）提供一硼碳固態(tài)源，將所述硼碳固態(tài)源置于所述雙溫區(qū)系統(tǒng)內(nèi)，加熱以在所述襯底表面沉積形成硼摻雜石墨烯薄膜。本發(fā)明以硼摻雜石墨烯的薄膜的生長為研究對象，針對現(xiàn)有制備方法進(jìn)行改進(jìn)。通過在制備過程中選用唯一固態(tài)源作為碳、硼源以一步法在較低溫度下獲得大面積高質(zhì)量的石墨烯薄膜，同時(shí)，通過反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及源的溫度等工藝條件的控制可以控制硼的摻雜量，不僅降低反應(yīng)溫度，節(jié)約能耗，而且簡化了相關(guān)的制備工藝。因此本發(fā)明完全適用于在低溫下制備大面積、高質(zhì)量且摻雜量可控的硼摻雜石墨烯薄膜，且易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C23C16/26
【公開號】CN105714265
【申請?zhí)枴緾N201610293309
【發(fā)明人】方小紅, 尤瑩, 王聰, 陳小源, 徐一麟, 萬吉祥
【申請人】中國科學(xué)院上海高等研究院
【公開日】2016年6月29日
【申請日】2016年5月5日