CN111244162A - 一种石墨烯同质p-n结结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯同质p‑n结结构及其制备方法，石墨烯同质p‑n结结构包括中性石墨烯层、p型石墨烯层、n型石墨烯层以及电极，p型石墨烯层设置于中性石墨烯层的一侧表面，n型石墨烯层设置于中性石墨烯层的另一侧表面，p型石墨烯层的表面和n型石墨烯层的表面均设置有电极。本发明利用了石墨烯同种材料具有热膨胀系数、电子亲和能、带隙宽度和晶格常数都相同的特点，因此避免了不同材料构成的异质p‑n结所产生的复杂界面问题，以及异质p‑n结结构不稳定性和效率低下等问题，同时还具有柔性，性能十分的优异，可用于柔性电子器件结构设计和高性能微型化精细显示技术的研发。
Description
技术领域
本发明属于微电子器件技术领域，具体涉及一种石墨烯同质p-n结结构及其制备方法。
背景技术
随着各领域对微电子器件运行速度及性能要求的不断提高，基于二维半导体材料的新型高性能功能性器件越来越受到广泛关注。而微电子器件的快速反应成为了突破当前技术瓶颈的重要环节和关键方向。最具代表性的固体半导体器件是晶体管，作为可变开关使用。目前正在研究或使用的晶体管大致分为三类：硅基薄膜晶体管、氧化物薄膜晶体管和有机薄膜晶体管。硅基薄膜晶体管经过多年的发展，技术已经十分成熟。但其迁移率较低，难以满足当今人们对高响应速度的需求。石墨烯基的有机薄膜晶体管已成为现如今研究的热点。近些年来，全世界科学家都在研究如何改进晶体管结构，使得迁移率和载流子浓度得到提升，从而使其运行速度得到大幅上升，这一问题也越来越受到重视。进一步提高微电子器件运行速度和其他性能是取得市场先机的重要前提。由于场效应晶体管的反应速率受载流子浓度以及迁移率等因素的影响，因此以这几个方面为切入点对基石墨烯的有机薄膜晶体管的运行速度进行提升成为纳米材料领域的重要课题。
石墨烯的构成元素为碳，作为碳家族中的一种同素异形体，具有一种十分独特的单原子层结构，由单层碳原子组成的二维纤锌矿密堆积结构。石墨烯可以包裹成富勒烯球，也可以弯曲成碳纳米管，还可以一层一层堆叠起来形成石墨。碳原子彼此通过SP2键相互连接形成蜂窝状的晶格结构，相邻碳原子的间距为0.14nm，键角为120°。由于其结构的独特性也带来了许多令科学家十分感兴趣的物理性质。因此，研究石墨烯的各种特性十分的有必要。近些年来，已有石墨烯和半导体材料构成p-n结异质结构用于微电子器件制备方面的报道。2001年研究人员釆用门电压调控的手段成功制备出第一个石墨烯p-n结器件，正负极化可以通过调节底电极以及栅极来实现。也有报道通过光刻技术构建了石墨烯/二硫化钼的二维材料异质结，利用石墨烯场效管研究分子之间的相互作用力，并研究了其动力学受不同环境因素的影响。由于石墨烯层上的原子掺杂可以降低石墨烯片层的堆垛，这为电荷传输和高密度活性中心的高效离子吸附和脱附过程提供了有效途径和性能的稳定性。这种材料是以氧化石墨烯为基质材料，通过水合肼等作为还原剂，利用水热法制备得到。但是石墨烯和半导体材料构成p-n结异质结构会产生界面问题，影响了微电子器件的性能。
尽管石墨烯自身表现出优异的本征特性，但是由于制备时基底的影响，在掺杂石墨烯时得到的性能参数同理论计算相比较还是有较大的差异。在微加工法制备石墨烯过程中，需要将制备好的石墨烯转移到不同的基底上，但由于两者化学性质不同，会发生一定的电荷转移，最终引起掺杂效应，产生界面问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种石墨烯同质p-n结结构及其制备方法，本发明能够在一定程度上避免异质结层与层间的表面所产生的界面问题，并且石墨烯同质p-n结性能十分的优异。
本发明采用的技术方案如下：
一种石墨烯同质p-n结结构，包括中性石墨烯层、p型石墨烯层、n型石墨烯层以及电极，p型石墨烯层设置于中性石墨烯层的一侧表面，n型石墨烯层设置于中性石墨烯层的另一侧表面，p型石墨烯层的表面和n型石墨烯层的表面均设置有电极。
优选的，所述p型石墨烯层为硼掺杂石墨烯；所述n型石墨烯层为氮掺杂石墨烯。
优选的，p型石墨烯层中，硼元素的原子百分含量为3％-5％；n型石墨烯层中氮元素的原子百分含量为4％-8％。
优选的，所述p型石墨烯层的厚度为4-12μm；所述中性石墨烯层的厚度为0.5-2μm；所述n型石墨烯层的厚度为4-12μm。
优选的，所述p型石墨烯层的厚度与n型石墨烯层的厚度相同。
优选的，所述电极包括镍层和金层，p型石墨烯层上的电极中，镍层设置于p型石墨烯层的表面，金层设置于镍层的表面；n型石墨烯层上的电极中，镍层设置于n型石墨烯层的表面，金层设置于镍层的表面。
优选的，所述电极为圆形电极。
一种石墨烯同质p-n结结构的制备方法，包括如下过程：
制备p型石墨烯层/中性石墨烯层/n型石墨烯层复合结构；
在p型石墨烯层的表面以及n型石墨烯层的表面均制备电极，得到所述石墨烯同质p-n结结构。
优选的，通过真空抽滤方法制备p型石墨烯层/中性石墨烯层/n型石墨烯层的同质p-n结石墨烯基纸，然后将同质p-n结石墨烯基纸清洗、干燥处理，得到p型石墨烯层/中性石墨烯层/n型石墨烯层的复合结构；通过磁控溅射方法制备电极。
优选的，中性石墨烯层通过GO(氧化石墨烯)分散液制备而成；p型石墨烯层通过硼掺杂石墨烯分散液制备而成；n型石墨烯层通过氮掺杂石墨烯分散液制备而成。
本发明具有如下有益效果：
本发明的石墨烯同质p-n结结构中，利用石墨烯同种材料具有热膨胀系数、电子亲和能、带隙宽度和晶格常数都相同的特点，p型石墨烯层设置于中性石墨烯层的一侧表面，n型石墨烯层设置于中性石墨烯层的另一侧表面；热膨胀系数相同保证在高温高压下石墨烯收缩量相同而不会出现挤压作用，也保证各个方向所受拉力相同而不会弯曲变形，这些都使得本发明的石墨烯同质p-n结结构稳定。晶格常数相同在一定程度上减少了界面附近的晶格畸变所形成的大量位错和缺陷，从而制备出性能优异的同质结。对于p型石墨烯而言，在杂质激发的范围，其空穴浓度远大于电子浓度，因此费米能级在带隙的下半部，接近于价带；而在n型石墨烯结构中，电子浓度远大于空穴浓度，费米能级更接近于导带。由于费米能级的位置由掺杂浓度所决定，就p-n结而言，两者的费米能级高低不同，这将会产生接触电势差，从而引起电子的输运，在p-n结界面处将形成正负电荷的积累，形成一定的接触电势差，而费米能级的位置决定了载流子浓度，所以p-p结和n-n结的载流子浓度远小于p-n结。同时金属材料的载流子浓度大于半导体材料，因而在p-n结处形成电荷富集区，存在大的势场，这能阻止n型区域内大浓度的电子向P型区扩散，同时也能阻止空穴的逆向扩散，使得p-n结具有单向导电性和整流效应。本发明在石墨烯同质p-n结中间设置了一层中性石墨烯，其作为缓冲层可以有效的解决p-n结接触所产生的界面问题，并提高电子输运过程的稳定性。本发明的石墨烯同质p-n结不但可以将自身的优良特性发挥出来，而且还可以深挖出相对于石墨烯其自身所不能达到的极致特性，有可能出现更多更加优良的物理特性。由于石墨烯基材料质量轻，且力学性能优异，因此本发明的石墨烯同质p-n结结构可用于柔性电子器件结构设计和高性能微型化精细显示技术的研发。
进一步的，本发明p型石墨烯层为硼掺杂石墨烯；所述n型石墨烯层为氮掺杂石墨烯，由于石墨烯本身是一种零带隙的半导体材料，可以很好地调控电子或空穴输运，但以石墨烯为开关的场效应晶体管并不能形成良好的开关比，因此极大的限制了石墨烯在电子器件上的应用。通过掺杂石墨烯可以打开一定的带隙，导致空穴导电或者电子导电，从而有效的提高载流子浓度以及迁移率，掺杂后的石墨烯基场效应晶体管会有较高的开关比。在制备电子器件等方面具有一定的应用潜力。硼掺杂石墨烯和氮掺杂石墨烯二者在本质上都属于晶格掺杂，而掺杂元素需要满足两个条件：一是离子半径要与取代元素即碳元素的离子半径相似；二是碳元素的电子电量需达到平衡。由于在元素周期表中硼，氮均与碳属于同一周期元素，硼元素的原子序数为5，比碳少一个电子，且B3+半径(0.027nm)和C4+半径(0.016nm)几乎相同，所以硼掺杂后石墨烯结构基本不发生改变；而氮元素的原子序数为7，比碳多一个电子，且N3-半径(0.013nm)和C4+半径(0.016nm)也几乎相同，所以容易取代石墨烯中的部分碳原子进入晶格形成C-N键。而且硼、氮掺杂后都可以产生局部结构缺陷，可以有效地调变电子结构，增强电子输运能力和改变其反应活性。故硼原子和氮原子是形成p型和n型掺杂石墨烯的理想原子。
进一步的，p型石墨烯层中，硼元素的原子百分含量为3％-5％；n型石墨烯层中氮的原子百分含量为4％-8％，由于电离杂质散射的影响与掺杂浓度有关，当掺杂原子量越多，电子和电离杂质相遇而被散射的机会也就越多。石墨烯的迁移率跟电离杂质浓度成反比关系，并且石墨烯掺杂浓度越低电导率越高。在此掺杂量范围内掺杂石墨烯具有较高的载流子迁移率和电导率。
进一步的，p型石墨烯层的厚度为4-12μm；所述中性石墨烯层的厚度为0.5-2μm；所述n型石墨烯层的厚度为4-12μm。当厚度较薄时p型石墨烯层和n型石墨烯层在此厚度范围下具有较好的整流特性。而中性石墨烯层作为缓冲层，厚度应尽量薄，以此解决p-n结接触所产生的界面问题，提高电子输运过程的稳定性。
进一步的，电极包括镍层和金层，p型石墨烯与底电极接触和n型石墨烯与顶电极接触均属于欧姆接触，可以有效地避免产生明显的附加阻抗，并且p型石墨烯和n型石墨烯内部的平衡载流子浓度不会发生显著的改变。半导体与金属接触时以隧穿电流为主，石墨烯掺杂浓度越高，欧姆接触就越好。由于Au和Ni都具十分优异的导电能力，并且与衬底材料具有良好的粘附性，所以选择Ni/Au作为制备欧姆电极的材料，并且Ni在溅射时作为缓冲层还发挥减缓的作用。
本发明石墨烯同质p-n结结构的制备方法，先制备p型石墨烯层/中性石墨烯层/n型石墨烯层复合结构；再在p型石墨烯层的表面以及n型石墨烯层的表面均制备电极，得到所述石墨烯同质p-n结结构。制备过程简单，易于实现。
进一步的，本发明通过传统真空抽滤技术制备石墨烯同质p-n结，一次性制备出制备石墨烯同质p-n结，即通过真空抽滤方法制备p型石墨烯层/中性石墨烯层/n型石墨烯层的同质p-n结基纸片，然后将同质p-n结石墨烯基纸清洗、干燥处理，得到p型石墨烯层/中性石墨烯层/n型石墨烯层的复合结构，通过磁控溅射方法制备电极，由此可以看出，无需复杂的工艺，本发明就能制备出性能优异的石墨烯同质p-n结结构，可操作性强。
附图说明
图1为本发明石墨烯同质p-n结结构的示意图；
图2为本发明实施例中制备p型石墨烯层/中性石墨烯层/n型石墨烯层复合结构的流程图；
图3为本发明实施例中在p型石墨烯层/中性石墨烯层/n型石墨烯层复合结构上制备电极的流程图。
图中，1为中性石墨烯层，2为p型石墨烯层，3为n型石墨烯层，4为电极，5为电源，6为电流表。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
参照图1，本发明的石墨烯同质p-n结结构，包括中性石墨烯层1、p型石墨烯层2、n型石墨烯层3以及电极4，p型石墨烯层2设置于中性石墨烯层1的一侧表面，n型石墨烯层3设置于中性石墨烯层1的另一侧表面，p型石墨烯层2的表面和n型石墨烯层3的表面均设置有电极4。
作为本发明优选的实施方案，p型石墨烯层2为硼掺杂石墨烯；n型石墨烯层3为氮掺杂石墨烯。
作为本发明优选的实施方案，p型石墨烯层2中，硼元素的原子百分含量为3％-5％；n型石墨烯层3中氮元素的原子百分含量为4％-8％。
作为本发明优选的实施方案，p型石墨烯层2的厚度为4-12μm；所述中性石墨烯层1的厚度为0.5-2μm；所述n型石墨烯层3的厚度为4-12μm。
作为本发明优选的实施方案，p型石墨烯层2的厚度与n型石墨烯层3的厚度相同。
作为本发明优选的实施方案，电极4包括镍层和金层，p型石墨烯层2上的电极4中，镍层设置于p型石墨烯层2的表面，金层设置于镍层的表面；n型石墨烯层3上的电极4中，镍层设置于n型石墨烯层3的表面，金层设置于镍层的表面。
作为本发明优选的实施方案，电极4为圆形电极。
本发明石墨烯同质p-n结结构的制备方法，包括如下过程：
制备p型石墨烯层2/中性石墨烯层1/n型石墨烯层3复合结构；
在p型石墨烯层2的表面以及n型石墨烯层3的表面均制备电极4，得到所述石墨烯同质p-n结结构。
作为本发明优选的实施方案，通过真空抽滤方法制备p型石墨烯层/中性石墨烯层/n型石墨烯层的同质p-n结石墨烯基纸，然后将同质p-n结石墨烯基纸清洗、干燥处理，得到p型石墨烯层/中性石墨烯层/n型石墨烯层的复合结构，通过磁控溅射方法制备电极4。
作为本发明优选的实施方案，中性石墨烯层1通过氧化石墨烯分散液制备而成；p型石墨烯层2通过硼掺杂石墨烯分散液制备而成；n型石墨烯层3通过氮掺杂石墨烯分散液制备而成。
实施例
本实施例通过以氧化石墨烯和掺杂的目标原子(硼、氮)的化合物为原材料，利用传统真空抽滤技术一次性制备石墨烯同质p-n结结构，利用同种材料具有热膨胀系数、电子亲和能、带隙宽度和晶格常数都相同的特点，避免了不同材料所构成异质结产生的界面特性问题。
本实施例采用以下技术方案予以实现：
1.硼掺杂石墨烯和氮掺杂石墨烯的制备；
2.通过传统真空抽滤技术制备石墨烯同质p-n结；
3.通过磁控溅射法制备Ni/Au圆形电极。
下面是每一步的详细步骤：
1.硼掺杂石墨烯和氮掺杂石墨烯的制备
氧化石墨烯(GO)是制备石墨烯的理想前驱体，将GO粉末放入去离子水中，超声分散1h，制备得到浓度为1mg/mL的GO均匀分散液。
(1)硼掺杂石墨烯的制备：
①取均匀分散的浓度为1mg/mL的GO分散液200mL和溶质质量百分数为15％的硼酸溶液500mL均匀混合，磁力搅拌1.5h得到前驱液；
②将前驱液转移到带有聚四氟乙烯内胆的反应釜中，密封后放在200℃的恒温干燥箱中，反应时间36h，待自然冷却至室温后取出，得到反应产物硼掺杂石墨烯；
③将硼掺杂石墨烯用去离子水反复抽滤清洗，清洗干净后在温度为60℃下真空干燥48h；
④将硼掺杂石墨烯粉末在去离子水中超声分散和离心处理，形成浓度为0.5mg/mL的硼掺杂石墨烯分散液。
(2)氮掺杂石墨烯的制备：
①利用上述制备好的均匀GO分散液(1mg/mL)按GO与尿素(CON2H4)的质量比为1:30的量加入尿素，磁力搅拌1.5h得到前驱反应液；
②将前驱液转移至聚四氟乙烯反应釜中，密封后放在200℃的恒温干燥箱中，反应时间36h，待自然冷却至室温后取出，得到反应产物为氮掺杂石墨烯；
③将氮掺杂石墨烯用去离子水反复抽滤清洗，清洗干净后在温度为60℃下真空干燥48h；
④将氮掺杂石墨烯粉末在去离子水中超声分散离心等处理后，形成浓度为0.5mg/mL的氮掺杂石墨烯分散液。
2.通过真空抽滤技术制备石墨烯同质p-n结
如图2所示，本实施例利用制备好的硼掺杂石墨烯分散液和氮掺杂石墨烯分散液通过真空抽滤技术构成石墨烯同质p-n结。真空抽滤利用负压可以实现固液分离，并且通过此法制备的石墨烯薄膜特点为分布均匀，材料粘附性好，通过控制待抽滤分散液的浓度和体积，能够控制成膜的厚度。具体通过真空抽滤的制备方法如下：
(1)清洗干净滤杯和滤瓶；
(2)按照滤瓶口径，掺杂石墨烯颗粒的大小，选取中速定性滤纸一张，将滤纸铺在滤杯和滤瓶之间，用水浸湿，用金属夹子固定夹紧；
(3)注入制备好的硼掺杂石墨烯分散液200-1500mL到滤杯中，启动真空泵，真空抽滤20-35分钟，在抽滤纸上沉积一层4-12μm厚的p型石墨烯；
(4)将抽滤纸上已经沉积完成的p型石墨烯作为基片，再次注入浓度为0.5mg/mL的中性石墨烯分散液到滤杯中，启动真空泵，抽滤10分钟，在p型石墨烯上沉积一层0.5-2μm厚的中性石墨烯，得到结构为p型石墨烯上有一层中性石墨烯的基片；
(5)在基片上最后一次注入制备好的氮掺杂石墨烯分散液200-1500mL到滤杯中，启动真空泵，抽滤20-35分钟，在基片上沉积一层4-12μm厚的n型石墨烯，其中氮掺杂石墨烯分散液的浓度和体积都与硼掺杂石墨烯分散液的相同，才能保证二者所成膜的厚度相同，得到结构为最下层是p型石墨烯中间层是中性石墨烯最上层是n型石墨烯的同质p-n结石墨烯基纸；
(6)然后将基片放置在干净玻璃板上，为防止抽滤纸与玻璃板粘在一起，在之间放置一层平整的聚乙烯膜，最后再盖上一块干净玻璃板，施加0.5MPa的压强紧压30分钟，排净玻璃板间的气泡；
(7)最后将玻璃和基片一同放进培养皿中，滴加丙酮至完全浸透，静置2h，用超纯水冲洗，再用丙酮冲洗，烘干后得到膜层致密，不易脱落的石墨烯同质p-n结结构。制备过程如图1所示：
3.通过磁控溅射制备Ni/Au微型电极
如图3所示，在上述制备好的石墨烯同质p-n结上利用磁控溅射法在硼掺杂石墨烯底部制备Ni/Au圆形底电极，并在氮掺杂石墨烯顶部制备Ni/Au圆形顶电极，具体通过磁控溅射法制备微型电极的过程如下：
(1)打开磁控溅射真空腔体，调整靶材与基片的距离为8cm，将上述制得的石墨烯同质p-n结作为基片并加盖掩膜板，分别以Ni和Au作为靶材，Ni靶材和Au靶材纯度均优于99.995％，靶材的直径均为75mm，溅射前腔体的本底真空度为6.5×10-5Pa。进行预溅射，之后等系统稳定后开始电极的溅射。
(2)通入流量为35sccm的Ar气作为溅射气体，保持工作压力为2.0Pa下，沉积温度为室温；然后以Ni靶为目标源进行溅射，在表面先沉积一层Ni，溅射时间为5分钟，再以Au为靶材进行磁控溅射，在Ni上沉积一层Au，沉积时间为20分钟，这里Ni起到了缓冲层的作用，最后制备得到Ni/Au合金的电极；上述溅射过程中功率均为80W；
(3)取下顶层掩膜板，上下翻转石墨烯同质p-n结基片，在另一端制备Ni/Au合金电极。工艺参数同步骤(1)、步骤(2)。
(4)取下掩膜板，加入电流表并连接顶电极和底电极，线路导通。
在微加工法制备石墨烯过程中，需要将制备好的石墨烯转移到不同的基底上，但由于两者化学性质不同，也会发生一定的电荷转移，最终引起掺杂效应。这些缺陷和不足经过一系列手段最终都可以得到有效的解决。掺杂石墨烯特点：由于石墨烯本身是一种零带隙的半导体材料，可以很好地调控电子或空穴输运，但以石墨烯为开关的场效应晶体管并不能形成良好的开关比(通常小于10)，因此极大的限制了石墨烯在电子器件上的应用。通过掺杂石墨烯可以调制带隙，导致空穴导电或者电子导电，从而有效的提高载流子浓度以及迁移率，掺杂后的石墨烯基场效应晶体管会有较高的开关比，在制备电子器件等方面具有一定的应用潜力。
本发明利用石墨烯与不同原子掺杂分别形成p型和n型石墨烯，只需石墨烯一种材料便可组成同质p-n结，在一定程度上避免了异质结表面所产生的界面问题，并且同质结具有相同的热膨胀系数、带隙宽度、晶格常数以及电子亲和能等特性，制备出的石墨烯同质p-n结性能也十分的优异。因此本发明，避免了不同材料构成的异质p-n结所产生的复杂界面问题，以及异质p-n结结构不稳定性和效率低下的问题。
本发明通过传统真空抽滤技术一次性制备出制备石墨烯同质p-n结，首先清洗各容器并用去离子水试抽来保持抽滤系统通畅，随后在抽滤瓶中注入硼掺杂石墨烯分散液，沉积一层p型石墨烯薄膜，无需转移；然后注入中性石墨烯分散液，在p型石墨烯薄膜上沉积一层中型石墨烯薄膜，无需转移；最后注入氮掺杂石墨烯分散液，得到石墨烯同质p-n结。该方法制得石墨烯薄膜分布均匀，材料粘附性好且在原位制备，无需转移衬底，操作方便。本发明通过磁控溅射在p型石墨烯下方沉积一层Ni/Au的底电极，并在n型石墨烯上方也通过磁控溅射沉积一层Ni/Au的顶电极。若电极金属的功函数低于半导体的功函数，则半导体与金属便形成欧姆接触，p型石墨烯与底电极接触和n型石墨烯与顶电极接触均属于欧姆接触，可以有效地避免产生明显的附加阻抗，并且p型石墨烯和n型石墨烯内部的平衡载流子浓度不会发生显著的改变。半导体与金属接触时以隧穿电流为主，石墨烯掺杂浓度越高，欧姆接触就越好。由于Au和Ni都具十分优异的导电能力，并且与衬底材料具有良好的粘附性，所以选择Ni/Au作为制备欧姆电极的材料，并且Ni在溅射时作为缓冲层还发挥减缓的作用。本发明利用掩膜技术制备圆形电极为差值电极，尽可能保证数据测量的准确性。本发明制备简单，便于集成、组装及应用。根据需要设计制备一种能满足实际技术要求的石墨烯同质p-n结新颖结构。
Claims (10)
1.一种石墨烯同质p-n结结构，其特征在于，包括中性石墨烯层(1)、p型石墨烯层(2)、n型石墨烯层(3)以及电极(4)，p型石墨烯层(2)设置于中性石墨烯层(1)的一侧表面，n型石墨烯层(3)设置于中性石墨烯层(1)的另一侧表面，p型石墨烯层(2)的表面和n型石墨烯层(3)的表面均设置有电极(4)。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯同质p-n结结构，其特征在于，所述p型石墨烯层(2)为硼掺杂石墨烯；所述n型石墨烯层(3)为氮掺杂石墨烯。
3.根据权利要求2所述的一种石墨烯同质p-n结结构，其特征在于，p型石墨烯层(2)中硼元素的原子百分含量为3％-5％；n型石墨烯层(3)中氮元素的原子百分含量为4％-8％。
4.根据权利要求2所述的一种石墨烯同质p-n结结构，其特征在于，所述p型石墨烯层(2)的厚度为4-12μm；所述中性石墨烯层(1)的厚度为0.5-2μm；所述n型石墨烯层(3)的厚度为4-12μm。
5.根据权利要求2-4任意一项所述的一种石墨烯同质p-n结结构，其特征在于，所述p型石墨烯层(2)的厚度与n型石墨烯层(3)的厚度相同。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯同质p-n结结构，其特征在于，所述电极(4)包括镍层和金层，p型石墨烯层(2)上的电极(4)中，镍层设置于p型石墨烯层(2)的表面，金层设置于镍层的表面；n型石墨烯层(3)上的电极(4)中，镍层设置于n型石墨烯层(3)的表面，金层设置于镍层的表面。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯同质p-n结结构，其特征在于，所述电极(4)为圆形电极。
8.制备权利要求1-7任意一项所述的一种石墨烯同质p-n结结构的方法，其特征在于，包括如下过程：
制备p型石墨烯层/中性石墨烯层/n型石墨烯层的复合结构；
在p型石墨烯层的表面以及n型石墨烯层的表面均制备电极(4)，得到所述石墨烯同质p-n结结构。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过真空抽滤方法制备p型石墨烯层/中性石墨烯层/n型石墨烯层的同质p-n结石墨烯基纸，然后将同质p-n结石墨烯基纸清洗、干燥处理，得到p型石墨烯层/中性石墨烯层/n型石墨烯层的复合结构；通过磁控溅射方法制备电极(4)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，中性石墨烯层通过氧化石墨烯分散液制备而成；p型石墨烯层通过硼掺杂石墨烯分散液制备而成；n型石墨烯层通过氮掺杂石墨烯分散液制备而成。
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| CN113264557A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-08-17 | 南开大学 | 一种利用流体边界层效应自组装同质/异质结纳米膜的方法 |
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| CN106784115A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-05-31 | 电子科技大学 | 费米能级可调的pin结构石墨烯光探测器及其制备方法 |
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- 2020-02-06 CN CN202010081985.0A patent/CN111244162A/zh active Pending
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