CN104555997A - 石墨烯特性调整方法 - Google Patents

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Abstract

一种石墨烯特性调整方法，是用以改变石墨烯半导体特性，其包含：一石墨稀薄膜提供步骤，提供一石墨烯薄膜，该石墨烯薄膜成形于一基板；及一改质步骤，是将该石墨烯薄膜置于真空环境中，以电子束照射该石墨烯薄膜，以获得一石墨烯材料。

Description

石墨烯特性调整方法
技术领域
本发明是关于一种石墨烯特性调整方法，特别是一种用以改变石墨烯半导体特性的石墨烯特性调整方法。
背景技术
石墨烯（graphene）是呈六角型晶格的平面薄膜，为仅具有一个碳原子厚度（约为0.34 nm）之二维材料，石墨烯不仅具有高机械强度、热传导及高载子转移率等优异特性，经由半导体特性的调整，更可以用以发展出更薄、导电速度更快的电子元件或电晶体。
现有的半导体特性调整方法是可以区分为热扩散法及离子植入法。其中，该现有的热扩散法是以高温（≧500℃）驱动需渗杂的原子于半导体薄膜及基材（结合该半导体薄膜）中进行扩散；只是，该现有的热扩散法必须于高温环境下进行，容易使半导体薄膜结构产生损伤。而该现有离子植入法则是以高电压使离子化的元素产生碰撞，进而进行物理性的取代；只是，该现有的离子植入法虽然免除高温环境，却由于离子化的元素相互碰撞，对半导体薄膜结构产生极大之损伤，因而需再以退火处理（annealing）进行修复。
上述现有的半导体特性调整方法，虽然均可以调整半导体薄膜结构特性，可是，受限于石墨烯厚度仅约为0.34 nm，若采用该些半导体特性调整方法，将会于石墨烯薄膜上造成极为严重之损伤，因此不适用于该些半导体特性调整方法。
又，上述现有的半导体特性调整方法需将整片半导体薄膜置于高温或高电压环境，难以针对小面积的石墨烯薄膜进行特性调整。
因此，确实需要提供一种石墨烯特性调整方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明之主要目的是提供一种石墨烯特性调整方法，其调整石墨烯之特性，以提供具有半导体特性的石墨烯材料。
本发明之再一目的是提供一种石墨烯特性调整方法，其不易对石墨烯材料造成损伤，以简化后续损伤修复的工艺。
本发明之另一目的是提供一种石墨烯特性调整方法，其是针对小面积的石墨烯进行特性调整，以提升石墨烯材料的应用层面。
为达到前述发明目的，本发明所运用的技术手段及借助该技术手段所能达到的功效包含有：
一种石墨烯特性调整方法，包含：一石墨烯薄膜提供步骤，是提供一石墨烯薄膜，该石墨稀薄膜成形于一基板；及一改质步骤，是将该石墨烯薄膜置于真空环境中，以电子束照射该石墨烯薄膜，以获得一石墨烯材料。
本发明的石墨烯特性调整方法，其中，该电子束的加速电压较佳为50 keV，该电子束的照射能量较佳为200～1200 μC/cm2，且该电子束之电流强度较佳为70～120 pA。
本发明的石墨烯特性调整方法，其中，该石墨烯较佳是以PVD沉积法成形于该基板。
本发明的石墨烯特性调整方法，其中，该基板较佳是硅晶片、电子元件或电晶体。
本发明的石墨烯特性调整方法，是以电子束照射石墨烯薄膜，有效控制该石墨烯薄膜的π键键结，改变石墨烯薄膜的能带特性，进而得到获得具有半导体特性的石墨烯材料的功效。
本发明的石墨烯特性调整方法，是于低温环境下以电子束照射石墨烯薄膜，可以降低高温环境对石墨烯材料造成之损伤，免除后续对受损之石墨烯材料进行修复的步骤，是以达到简化制程及降低工业成本之功效。
本发明的石墨烯特性调整方法，是采用电子束，具有精准定位及定量之特性，可以针对小面积的改质区域进行电子束扫描，更可以分别控制该电子束的电流强度（70～120pA）、扫描时间（如一个点0.1～4 μm s）及加速电压（50 keV），仅需使该电子束的照射能量落于200～1200 μC/cm2范围，即可以达成不同程度的半导体特性调整（即，石墨烯改质程度），可以满足不同产品的特性调整需求，为本发明之功效。
附图说明
图1是本试验各组石墨烯材料的拉曼光谱分析。
图2是图1的对应电子束的D-band强度及G-band强度值。
图3是图1的对应电子束的照射能量的D-band、G-band强度比及2D-band、G-band强度比。
具体实施方式
为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
本发明的石墨烯特性调整方法，包含：一石墨烯薄膜提供步骤及一改质步骤，以获得一石墨烯材料。
详而言之，石墨烯薄膜提供步骤是提供一石墨烯薄膜，该石墨烯薄膜成形于一基板，其中，该基板可以为欲附着该石墨烯的电子元件或电晶体的表面，其材质可以为硅、玻璃或塑胶，在此不加以设限。
石墨烯可以利用任意方式成形于基板，例如能够以化学气相沉积法、物理气相沉积法或机械式剥除法成形于该基板，上述方法均为本领域惯用之方法，在此不再赘述。
续将石墨烯薄膜经改质步骤，以获得石墨烯材料；其中，该改质步骤是将该石墨烯薄膜置于真空环境中，并以电子束照射该石墨烯薄膜；本较佳实施例中，该电子束的加速电压系50 keV，该电子束的照射能量为200～1200 μC/cm2，且该电子束的电流强度为70～120 pA。据此，是可以控制该石墨烯薄膜的π键键结，改变石墨烯薄膜的能带特性，进而可以获得具有半导体特性的该石墨烯材料。
为证实本较佳实施例的石墨烯特性调整方法是可以调整石墨烯的半导体特性，本试验是选择以硅晶片作为基板，以PVD沉积法使石墨烯成形于该硅晶片，以获得石墨烯薄膜，续以不同照射能量的电子束照射该石墨烯薄膜，以获得本试验各组的石墨烯材料。
请参照图1所示，是分别以200 μC/cm2（第A1组）、400 μC/cm2（第A2组）、600 μC/cm2（第A3组）、800 μC/cm2（第A4组）、1000 μC/cm2（第A5组）、1200 μC/cm2（第A6组）照射能量的电子束照射石墨烯薄膜，获得本试验各组的石墨烯材料，续以拉曼光谱分析该些石墨烯材料的特征峰（D-band、G-band及2D-band），其试验结果记录于表1。
表1、本试验各组石墨烯材料的拉曼光谱分析结果
组别 D-band G-band 2D-band D/G比值
第A1组 340.433 958.344 337.047 0.355230
第A2组 371.082 1001.670 391.073 0.370463
第A3组 270.275 535.908 255.512 0.504330
第A4组 325.090 545.876 208.129 0.595540
第A5组 271.346 403.926 161.158 0.671770
第A6组 283.022 309.643 126.206 0.914027
根据表1结果显示，随着电子束的照射能量增加，石墨烯材料的结晶项（即，G-band）数值大幅降低，缺陷项（即，D-band）数值微幅降低。
另，将D-band强度及G-band强度分别对应电子束的照射能量作图，其结果如图2所示；以及，将D-band及G-band强度比及2D-band及G-band强度比分别对应电子束的照射能量作图，其结果如图3所示。
根据图2及3结果所示，可以得知，随着电子束之照射能量增加，G-band及D-band数值降低，由于电子束于石墨烯薄膜中形成带电杂质（charged impurity），使2D-band下降，并造成石墨烯薄膜的π键键结断裂，造成G-band强度下降。
并且，各组石墨烯材料的缺陷的产生及带电杂质的增加，均可以视为石墨烯材料的参杂，可以改变该石墨烯材料的半导体特性（如，n型、p型及I-V特性）。
综合上述，本发明的石墨烯特性调整方法，是以电子束照射石墨烯薄膜，有效控制该石墨烯薄膜的π键键结，改变石墨烯薄膜的能带特性，进而得到获得具有半导体特性的石墨烯材料的功效。
再者，本发明的石墨烯特性调整方法，是于低温环境下以电子束照射石墨烯薄膜，可以降低高温环境对石墨烯材料造成的损伤，免除后续对受损的石墨烯材料进行修复之步骤，以达到简化工艺及降低工业成本的功效。
本发明的石墨烯特性调整方法，是采用电子束，具有精准定位及定量之特性，可以针对小面积的改质区域进行电子束扫描，更可以分别控制该电子束的电流强度（如70～120 pA）、扫描时间（如一个点0.1～4μm s）及加速电压（50 keV ），仅需使该电子束的照射能量落于200～1200 μC/cm2范围，即可以达成不同程度的半导体特性调整（即，石墨烯改质程度），可以满足不同产品之特性调整需求，为本发明的功效。

Claims (7)

1.一种石墨烯调整方法，其特征在于，包含：
一个石墨烯薄膜提供步骤，是提供一个石墨烯薄膜，该石墨烯薄膜成形于一个基板；及
一个改质步骤，是将该石墨烯薄膜置于真空环境中，以电子束照射该石墨烯薄膜，以获得一个石墨烯材料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯调整方法，其特征在于，该电子束之加速电压为50 keV。
3.根据权利要求1或2所述的石墨烯调整方法，其特征在于，该电子束的照射能量为200～1200 μC/cm2。
4.根据权利要求1所述的石墨烯调整方法，其特征在于，该石墨烯是以PVD沉积法成形于该基板。
5.根据权利要求1或4所述的石墨烯调整方法，其特征在于，该基板为硅晶片。
6.根据权利要求1或4所述的石墨烯调整方法，其特征在于，该基板为电子元件或电晶体。
7.根据权利要求1或4所述的石墨烯调整方法，其特征在于，该电子束的电流强度为70～120 pA。
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