一种高迁移率的n型纳米金刚石-石墨烯纳米带复合薄膜及制备方法
专利汇可以提供一种高迁移率的n型纳米金刚石-石墨烯纳米带复合薄膜及制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种高迁移率的n型纳米金刚石- 石墨 烯 纳米带 复合 薄膜 的制备方法：采用热丝 化学气相沉积 方法，在单晶 硅 衬底上制备纳米金刚石薄膜；然后采用 离子注入 方法，在纳米金刚石薄膜中注入磷离子，所述磷离子的注入剂量为1011～1013cm-2、注入 能量 为90～100keV；将离子注入后的薄膜进行有限 氧 化 退火 ：在4000Pa的压 力 下、800～1000℃的 温度 下退火30分钟，即得所述高迁移率的n型纳米金刚石- 石墨烯 纳米带 复合薄膜。本发明提供的n型纳米金刚石-石墨烯纳米带复合薄膜的Hall迁移率在500cm2V-1s-1以上， 电阻 率 低，对实现金刚石和石墨烯在 半导体 器件、场致发射显示器、电化学等领域的应用具有十分重要的科学意义和工程价值。，下面是一种高迁移率的n型纳米金刚石-石墨烯纳米带复合薄膜及制备方法专利的具体信息内容。
1.一种高迁移率的n型纳米金刚石-石墨烯纳米带复合薄膜的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：(1)采用热丝化学气相沉积方法，在单晶硅衬底上制备纳米金刚石薄膜；(2)采用离子注入方法，在步骤(1)得到的纳米金刚石薄膜中注入磷离子，得到离
11 13 -2
子注入后的薄膜；所述磷离子的注入剂量为10 ～10 cm 、注入能量为90～100keV；(3)将步骤(2)得到的离子注入后的薄膜进行有限氧化退火，所述有限氧化退火是在4000Pa的压力下、800～1000℃的温度下退火30分钟，即得所述高迁移率的n型纳米金刚石-石墨烯纳米带复合薄膜。
2 -1 -1
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述高迁移率是指Hall迁移率在500cm V s以上。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(1)按以下步骤进行：对单晶硅衬底采用金刚石研磨膏打磨半小时，打磨后的单晶硅片依次用去离子水和丙酮超声波清洗、干燥后作为纳米金刚石薄膜生长的衬底，将单晶硅衬底放入热丝化学气相沉积设备，以丙酮为碳源，采用氢气鼓泡方式将丙酮带入到反应室中，反应温度为600～700℃、反应时间
5～6小时，制备得到厚度为3～4μm的纳米金刚石薄膜。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(2)中，所述磷离子的注入剂量为
12 -2
10 cm 。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(3)中，退火温度为900℃，压力为
4000Pa，退火时间为30分钟。
6.如权利要求1～5之一所述的方法制备得到的高迁移率的n型纳米金刚石-石墨烯纳米带复合薄膜。
7.如权利要求6所述的纳米金刚石-石墨烯纳米带复合薄膜，其特征在于所得纳米金刚石晶粒尺寸为3～6nm，晶界中产生石墨烯纳米带，为纳米金刚石-石墨烯纳米带复合薄膜。
8.如权利要求6所述的高迁移率的n型纳米金刚石-石墨烯纳米带复合薄膜，其特征
2 -1 -1
在于薄膜呈n型电导，Hall迁移率在500cmV s 以上。
一种高迁移率的n型纳米金刚石-石墨烯纳米带复合薄膜
及制备方法
(一)技术领域
杂质离子的剂量在10 ～10 cm 范围，这一剂量范围对尺寸在3～20nm的金刚石晶粒造成较大的晶格损伤，影响薄膜的迁移率。(2)离子注入后的纳米金刚石薄膜在真空中退火，得到了n型纳米金刚石薄膜。本专利拟在该研究结果的基础上，调整注入离子的剂量，并在一定温度下进行有限氧化退火，以在非晶碳晶界中获得石墨烯纳米带，制备获得n型纳米金刚石-石墨烯纳米带复合材料，有效提高离子注入纳米金刚石薄膜的迁移率和导电性能，对于实现纳米金刚石薄膜在电子工业中的应用具有十分重要的意义。同时，本方法将纳米金刚石晶粒与石墨烯纳米带复合，对于实现石墨烯纳米带在半导体领域的应用具有较重要的意义。
(三)发明内容
膜中注入磷离子，得到离子注入后的薄膜；所述磷离子的注入剂量为10 ～10 cm 、注入能量为90～100keV；(3)将步骤(2)得到的离子注入后的薄膜进行有限氧化退火，所述有限氧化退火是在4000Pa的压力下、800～1000℃的温度下退火30分钟，即得所述高迁移率的n型纳米金刚石-石墨烯纳米带复合薄膜。按照本发明方法制得的n型纳米金刚石-石
2 -1 -1 2 -1 -1
墨烯纳米带复合薄膜，其Hall迁移率在500cmV s 以上，最高可达684cm V s 。
2 -1 -1
纳米带中；纳米金刚石晶粒和石墨烯纳米带为薄膜提供500cmV s 以上迁移率的n型电导。
684cmV s 的n型导电的纳米金刚石-石墨烯纳米带复合薄膜。(3)在800～1000℃低真空有限热氧化退火后，较小剂量注入的纳米金刚石晶粒尺寸变大，晶界宽度变窄，薄膜在低真空退火过程中发生氧化，晶界中的反式聚乙炔转变为石墨烯纳米带；离子注入的纳米金刚石晶粒和石墨烯纳米带的共同作用，有效提高了薄膜的迁移率；(4)制备获得的n型纳米金刚石-石墨烯纳米带复合薄膜的电阻率低、Hall迁移率高等优点，对实现金刚石和石墨烯纳米带在半导体器件、场致发射显示器、电化学等领域的应用具有十分重要的科学意义和工程价值。
(四)附图说明
为10 cm 的磷离子(P ，本领域的文献中一般用P表示磷离子；在离子注入工艺中，一般剥掉该原子的一个电子使其变成带正电荷的离子，与通常化学上的离子概念不同)，并在
900℃、4000Pa气压下低真空退火30分钟，即得所述高迁移率的n型纳米金刚石-石墨烯纳米带复合薄膜。将退火后的薄膜镀上Ti/Au电极进行电学测试，具体的，先用丙酮清洗表面，再用98％的浓硫酸和35％的双氧水(1:1体积比)混合溶液清洗5分钟，以去除表面非金刚石相。用SPC-350多靶磁控溅射仪在薄膜上溅射四个排列成正方形的500nm厚的金属
2
Ti电极(1×1mm)，接着在电极上用真空镀膜机蒸镀金属Au(厚约500nm)，然后在Ar气保护下450℃退火20分钟。
膜中存在金刚石相；1560cm 为无序sp 键石墨的特征峰，1140和1470cm 为反式聚乙炔链-1 3
的特征峰，1350cm 为sp 键碳团簇的特征峰。说明薄膜主要由金刚石相和无序石墨相组成，但晶界中包含少量其他相，这与通常的纳米金刚石薄膜的可见光Raman特征谱图一致。
数据是900℃低真空退火后薄膜的面电阻率为3631Ω/square，Hall迁移率为684cmV s ，
4 2
Hall系数为-2.48×10m/c，说明薄膜的导电类型是n型，并具有很高的载流子迁移率。
作为对比，文献报道的在化学气相过程中掺氮的纳米金刚石薄膜的Hall效应测试数据为-4 2 -1 -1 2 -1 -1
2×10 cmV s ，最大值为5cmV s 。可以看出，本发明方法使纳米金刚石薄膜的n型Hall
15 -2
迁移率大幅度提高。与之前的授权专利ZL200910155306.3中的注入剂量为10 cm 的磷离子注入并在900℃真空退火的纳米金刚石薄膜的Hall效应数据(电阻率为10.92Ω·cm，
2 -1 -1 2
Hall迁移率为143cmV s ，Hall系数为-391m/c)相比，本发明方法获得的n型纳米金刚石薄膜的迁移率提高了约4.78倍。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 分段式石墨烯纳米带 | 2020-05-13 | 779 |
| 纳米砂带 | 2020-05-11 | 204 |
| 纳米远红外线健康带 | 2020-05-12 | 362 |
| 一种纳米抗菌止血绷带 | 2020-05-13 | 91 |
| 纳米腰带发电机 | 2020-05-11 | 965 |
| 纳米远红外线健康绷带 | 2020-05-12 | 733 |
| 1940纳米带通红外滤光片 | 2020-05-12 | 875 |
| 3900纳米带通红外滤光片 | 2020-05-12 | 232 |
| 3400纳米带通红外滤光片 | 2020-05-12 | 488 |
| 4640纳米带通红外滤光片 | 2020-05-13 | 845 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
