CN102344134B - 一种石墨的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨的制备方法。所述制备方法具体包括：步骤（1）将掺杂衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；步骤（2）向所述原子层沉积设备反应腔中通入含碳前驱体，通过等离子体放电，所述含碳前驱体电离出的含碳原子的基团吸附在所述掺杂衬底上；步骤（3）向所述原子层沉积设备反应腔中通入氢气，通过等离子体放电，所述氢气电离出的氢原子取代与所述碳原子相连的官能团，或者所述氢气电离出的氢原子直接和碳原子相连；步骤（4）重复步骤（2）和步骤（3）即可逐层的生长石墨结构。本发明能够通过ALD设备制备出石墨晶体，方法简单，容易制备，且制备出的石墨薄膜结构完整，均一性好。
Description
技术领域
本发明涉及石墨制备技术领域，具体涉及一种用原子层沉积设备制备石墨的方法。
背景技术
石墨是碳的最常见单质，它以SP2杂化通过共价键的方式形成平面结构石墨烯，石墨烯在垂直方向上的垛叠形成石墨。由于每个碳原子均会提供一个可以自由移动的电子，因此石墨的导电性强，类似于金属。而且它是一种最软的物质，常用作润滑剂。由于石墨很常见，因此很多碳的同素异形体都曾考虑过通过石墨来制备，比如，石墨烯的发现就是通过不断的分解石墨得到的，石墨的人工合成早在上个世纪中期就通过高温高压处理石墨来改变其结构得到，碳纳米管也曾通过物理、化学方法处理具有少数几层石墨的结构得到，因此，石墨结构是所有碳同素异形体的基础。目前还没有用专门的方法来研究石墨的生长，只是在生长的碳类薄膜的诸多副产物中有石墨结构的存在，为了更好的研究其它的碳类薄膜，以及研究石墨结构在反应过程中是如何形成的，我们有必要来研究专门制备石墨结构的方法。通过生长条件的变化，来研究薄膜的性质，以实现在反应过程中有效的控制石墨结构的生成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨的制备方法，该制备方法操作简单，制备出的石墨薄膜结构完整，均一性好。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种石墨的制备方法，包括如下步骤：
步骤（1），将掺杂衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；
步骤（2），向所述原子层沉积设备反应腔中通入含碳前驱体，通过等离子体放电，所述含碳前驱体电离出的含碳原子的基团吸附在所述掺杂衬底上；
步骤（3），向所述原子层沉积设备反应腔中通入氢气，通过等离子体放电，所述氢气电离出的氢原子取代与所述碳原子相连的官能团，或者所述氢气电离出的氢原子直接和碳原子相连；
步骤（4），重复步骤（2）和步骤（3）即可逐层的生长石墨结构，层间通过范德华兹力连接。
上述方案中，所述步骤（1）之前还包括：所述掺杂衬底的表面经过标准液和氢氟酸清洗。
上述方案中，所述步骤（1）中的掺杂衬底为掺硼的硅衬底，掺杂浓度为108-1011。
上述方案中，所述步骤（2）中的含碳前驱体为四氯乙烯，所述含碳前驱体的流速为10sccm-100sccm。
上述方案中，所述步骤（2）中等离子体放电的放电气体为氩气，放电时间为0.1s-3s，放电功率为10W-100W。
上述方案中，所述步骤（3）中等离子体放电时间为0.1s-3s，放电功率为10W-100W。
与现有技术方案相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下：
本发明能够通过ALD设备制备出石墨晶体，方法简单，容易制备，且制备出的石墨薄膜结构完整，均一性好。
附图说明
图1为本发明实施例中掺硼硅衬底表面经过处理的形成Si-H键的示意图；
图2为本发明实施例中向原子层沉积反应腔通入四氯乙烯并电离的示意图；
图3为本发明实施例中从四氯乙烯电离出的含碳原子的基团吸附在掺硼硅衬底表面的示意图；
图4为本发明实施例中向原子层沉积反应腔通入氢气并电离去除与碳原子相连官能团的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。
本实施例提供一种石墨的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤101，掺硼硅衬底（100）的表面经过标准液和氢氟酸清洗，在掺硼硅衬底表面形成硅氢键，如图1所示，其中，标准液是指：1号液，浓硫酸:双氧水=4:1；2号液，氨水:纯净水:双氧水=1:5:1；3号液，盐酸:双氧水:纯净水=1:1:6；将进行氢化处理后的掺硼硅衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；
步骤102，开启设备，调整工作参数，达到实验所需工作环境；向原子层沉积反应腔中通入四氯乙烯（C2Cl4），四氯乙烯的流速为10sccm-100sccm，如图2所示；通过等离子体放电，四氯乙烯电离的中间产物和掺硼硅衬底表面的氢原子发生反应，四氯乙烯中电离出的含碳原子的基团通过静电吸附作用吸附在掺硼硅衬底表面，如图3所示，其中，等离子体放电气体为氩气，放电时间为0.1s-3s，放电功率为10W-100W；
步骤103，向原子层沉积设备反应腔中通入氢气，进行等离子体放电，放电时间为0.1s-3s，放电功率为10W-50W；氢气电离出的氢原子取代和碳原子相连的氯原子，或者直接和碳原子相连，如图4所示；
步骤104，根据需要生长的薄膜的厚度，重复步骤102和步骤103多次，即可在掺硼硅衬底表面逐层的生长石墨结构，层间通过范德华兹力连接。
本发明在ALD设备反应腔中通入含碳的物质，通过等离子体使该物质电离，之后和掺杂的衬底相互作用，吸附在衬底表面；通过等离子体电离氢气，用氢原子取代和碳相连的官能团；然后重复上述过程，便可逐层生长出石墨。
本发明能够通过ALD设备制备出石墨晶体，该方法简单，容易制备，且制备出的薄膜结构完整，均一性好。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种石墨的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤（1），将掺杂衬底放置于原子层沉积设备反应腔中；
步骤（2），向所述原子层沉积设备反应腔中通入含碳前驱体，通过等离子体放电，所述含碳前驱体电离出的含碳原子的基团吸附在所述掺杂衬底上；
步骤（3），向所述原子层沉积设备反应腔中通入氢气，通过等离子体放电，所述氢气电离出的氢原子取代与所述碳原子相连的官能团，或者所述氢气电离出的氢原子直接和碳原子相连；
步骤（4），重复步骤（2）和步骤（3）即可逐层的生长石墨结构，层间通过范德华力连接。
2.如权利要求1所述的石墨的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）之前还包括：所述掺杂衬底的表面经过标准液和氢氟酸清洗；其中，标准液是指：1号液，浓硫酸:双氧水=4:1；2号液，氨水:纯净水:双氧水=1:5:1；3号液，盐酸:双氧水:纯净水=1:1:6。
3.如权利要求1所述的石墨的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的掺杂衬底为掺硼的硅衬底，掺杂浓度为108-1011。
4.如权利要求1所述的石墨的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的含碳前驱体为四氯乙烯，所述含碳前驱体的流速为10sccm-100sccm。
5.如权利要求1所述的石墨的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中等离子体放电的放电气体为氩气，放电时间为0.1s-3s，放电功率为10W-100W。
6.如权利要求1所述的石墨的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中等离子体放电时间为0.1s-3s，放电功率为10W-100W。
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