氢表面处理石墨烯、其形成方法及包含该石墨烯的电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及经过氢表面处理的石墨烯及其形成方法、以及包含该经过氢表面处理 的石墨烯的电子设备。
【背景技术】
[0002] 石墨稀（graphene)是一种由碳原子以Sp2杂化而形成的单层片状结构，可从其聚 集六角型晶格的形态中就能得知。因此，石墨烯是形成石墨、碳纳米管、巴基球状的富勒烯 等的基本结构。此外，由于在结构上存在差异，石墨烯的性质与碳原子以管状相连而成的碳 纳米管的性质有天壤之别。石墨烯不仅具有与碳纳米管的机械、电子等特性相同的特性，而 且还具有只有二维物质才能显示出的特殊的物理性质，从而成为近期炙手可热的材料。
[0003] 碳的同素异形体主要由共价键形成，其物理性质取决于位于最外层轨道的4个电 子的波函数的线性组合的类型。形成共价键的多部分固体中可在原子之间发现电子的机率 最大。作为碳的同素异形体的金刚石就是其中代表之一。
[0004] 然而，在石墨烯中，只有最外层的三个电子的线性组合会参与碳原子之间的强共 价键中，从而形成六角形网状平面，最外层的其余电子的波函数垂直于平面。与平面呈水平 并参与形成强共价键的电子的状态称为O-轨道，而垂直于平面的电子的状态称为轨 道。-轨道的线性组合形成用于决定石墨烯物理性质的Fermi能级的附近电子的波函数。
[0005] 最近，诸多研宄机构着眼于石墨烯所具有的六角型网状结构、两个相交叠的三角 型低级晶格结构、以及相当于一个原子的厚度等而使之具有零带隙的特性。然而，由于零带 隙，将石墨烯用作电子元件时其适用领域受到一定限制，如能用于金属导电膜或布线等领 域。
[0006] 现在，正如火如荼地进行着用来控制带隙的研宄。通过将石墨烯形成纳米带或纳 米格局的方法及使之具有电场的方法来进行控制带隙的研宄，然而尚未发表出能够正确地 控制带隙的研宄及其方法的结果。
[0007] 【现有技术文献】
[0008] 【专利文献】
[0009] 韩国专利申请公开号2012-0084840
【发明内容】
[0010] 技术问题
[0011] 本发明涉及经过氢表面处理的石墨烯、其形成方法及包含石墨烯的电子设备。本 发明的目的在于，通过利用氢的间接式氢等离子处理方法来调节石墨烯的带隙，不产生任 何缺陷。
[0012] 技术方案
[0013] 本发明提供经氢表面处理的石墨烯、其形成方法及包含石墨烯的电子设备。
[0014] 根据一个实施例，所述经氢表面处理的石墨烯为带隙0. 1?5. 5eV并满足以下公 式1的经氢表面处理的石墨烯：
[0015]【公式1】
[0016] 10 彡ID/ID，，
[0017] 其中，当用514nm激光照射来进行测定时，Id表示拉曼位移1350±5〇114区域内的 峰值强度，ID，表不1620±5〇1^区域内的峰值强度。
[0018] 根据一个实施例，用于形成上述经氢表面处理的石墨烯的方法提供石墨烯的表面 处理方法，该方法包括：
[0019] 用间接式氢等离子进行处理；及
[0020] 在处理间接式氢等离子前，在石墨烯上形成图案化保护层，或者待处理间接式氢 等离子后，经等离子处理的石墨烯上部分施加热量或能量来形成图案。
[0021] 有益效果
[0022] 可通过间接式氢等离子的处理，用简单的方法将本发明的石墨烯制备成具有带隙 的经氢表面处理的石墨烯。此外，通过间接式氢等离子的处理，形成无缺陷的两个具有不同 带隙的区域，从而能够直接应用于晶体管和触控屏幕等电子设备上，进而减少工艺所消耗 的时间及费用。
【附图说明】
[0023] 图1为根据一个实施例的石墨烯的形成方法的模拟图。
[0024] 图2展示了根据一个实施例的电子器件的外观的模拟图。
[0025] 图3展示了根据一个实施例的触控屏幕的模拟图。
[0026] 图4展示了根据用间接式氢等离子处理石墨烯时随时间变化的带隙变化的图。
[0027] 图5为根据一个实施例的石墨烯区域的拉曼光谱。
[0028] 图6展示了根据一个实施例的用间接式氢等离子处理石墨烯表面时随时间变化 的氢吸附率的图表。
[0029] 图7展示了根据一个实施例的用间接式氢等离子处理石墨烯时随时间变化的（a) 拉曼光谱和（b)ID/ID'比例的图表。
[0030] 图8为根据一个实施例的用间接式氢等离子处理石墨烯前（a)和处理后（b)的 TEM照片。
[0031] 图9展示了根据一个实施例的用间接式氢等离子处理石墨烯时随时间变化的霍 尔迀移率的图表。
[0032] 图10展示了根据一个实施例的经氢表面处理的石墨烯的热处理时间而变化的带 隙的图表。
【具体实施方式】
[0033] 根据本发明，"间接式氢等离子处理"是指在不含氩气的氢气氛中进行间接式等离 子处理。
[0034] 此外，"经氢表面处理的石墨烯"是指处理上述间接式氢等离子的石墨烯。
[0035] 本发明提供经氢表面处理的石墨烯、其形成方法及包含石墨烯的电子设备。
[0036] 根据一个实施例，所述经氢表面处理的石墨烯为带隙0. 1?5. 5eV并满足以下数 学表达式1的经氢表面处理的石墨烯：
[0037]【数学表达式1】
[0038] 10 彡ID/ID，，
[0039] 其中，当用514nm激光照射来进行测定时，Id表示拉曼位移1350±5〇114区域内的 峰值强度，ID，表不1620±5〇1^区域内的峰值强度。
[0040] 未经氢处理的石墨烯是通过碳原子之间的强共价键形成二维的六角型网状结构。 上述石墨烯包括O键和键，其中O键作为通过碳原子间强共价键形成的SP2结合结构 并形成平面，JT键作为垂直于该平面的SP3结合结构并在未结合的P-轨道上剩有一个电 子。此时，所述石墨烯可通过与所述平面未垂直结合的键展示出高电导率特性。然而， 本发明一示例性实施例的石墨烯可通过在与所述平面未垂直结合的P-轨道上形成的电子 轨迹上吸附氢原子来赋予带隙，而隔离所述键。实施例的石墨烯因此，根据本发明的一 个示例性实施例，可通过调节氢吸附率来控制石墨烯的导电特性。
[0041] 例如，所述带隙可以为0?1?0?5eV、l.0?5. 5eV、0. 1?3eV或3?5. 5eV。归于 该范围内的带隙，所述石墨烯可用作各种电子材料。具体地，现有的石墨烯具有高机械、电 子特性，但由于零带隙而用作需要具有带隙的电子材料时则受到限制。然而，通过氢处理过 程，本发明一示例性实施例的石墨烯可用来解决上述问题。
[0042] 例如，所述氢处理过程可通过进行间接式氢等离子处理来实现。此时，可以使用间 接式等离子装置。可对本发明一示例性实施例的经氢表面处理的石墨烯进行间接式氢等离 子处理，从而满足数学表达式1。例如，所述ID/ID，可大于或等于10。
[0043] 具体地，可通过测定本发明一示例性实施例的拉曼光谱而对此进行确定。Id表示 拉曼位移USOiScnT1区域内的峰值强度，即峰值D的强度。其中，所述峰值D可以为表明 石墨烯上吸附有氢原子的峰值。此外，Id,表示ieSOiScnT1区域内的峰值强度，即峰值D'的 强度。其中，所述D'可以为表明在石墨烯上吸附氢原子的过程中可能发生的缺陷的峰值。 此时，作为所述缺陷，可存在原子空位型缺陷和Sp3型缺陷。其中，所述原子空位型缺陷可 对所述经氢表面处理的石墨烯造成永久性损伤，从而可优选可逆性Sp3型缺陷，以获得具有 少量缺陷的经氢表面处理的石墨烯。
[0044]可从所述ID/ID，值推导所述缺陷的类型。例如，当所述ID/ID，值大于或等于10时， 所述缺陷可指Sp3型缺陷。具体地，所述ID/ID，值可以为13?20。
[0045] 所述经氢表面处理的石墨烯包括第一区域和第二区域，两者具有不同的带隙。其 中，第二区域可具有带隙I. 〇?5. 5eV。
[0046] 具体地，如上所述，通过氢处理过程可形成各区域具有不同带隙的图案。
[0047]