專利名稱：基于非接觸式霍爾效應測量石墨烯載流子遷移率的方法
基于非接觸式霍爾效應測量石墨烯載流子遷移率的方法技術領域
本發明屬于半導體技術領域，尤其涉及基于非接觸式霍爾效應測量石墨烯載流子遷移率的方法。
背景技術：
石墨烯材料是一種碳基二維晶體，是目前已知最輕最薄的材料，單層僅原子厚度，它具有極其優異的物理化學性質，比如極高的載流子遷移率(理論估計超過 200000( ^1 s—1，是Si的數百倍)，超強的機械性能(楊氏模量約1000GP)，極高的比表面積和極好的氣敏特性，極高的透明性和柔韌性，而且它與襯底不存在失配問題，可以與Si基器件工藝完全兼容，具有突出的產業優勢。因此，石墨烯的出現為產業界和科技界帶來曙光， 它是最被看好的替代Si成為下一代基礎半導體材料的新材料。
為了提高石墨烯制備的一致性，通常在制備結束后需要對石墨烯的遷移率進行測試，常規的范德堡法原理簡單，理論上適用于測量任意形狀樣品(要求材料為近似二維材料，即厚度遠小于長度寬度)測量誤差小。但是由于需要制作歐姆接觸、金屬焊點，使得石墨烯材料被破環，難以進行其他測試。而且由于單層石墨烯厚度太薄，摻雜石墨烯制備難以取得良好的一致性，石墨烯材料跟金屬材料間的功函數差異較大，不容易制成良好的歐姆接觸，再加上石墨烯上電極制作昂貴，使得范德堡法并不適合表征石墨烯。所以，為了高效的表征石墨烯，判定大量制備石墨烯是否具有良好的一致性，提出了采用非接觸法測量遷移率。發明內容
本發明提供了基于非接觸式霍爾效應測量石墨烯載流子遷移率的方法，旨在解決現有技術提供的測試石墨烯遷移率的方法，使石墨烯材料被破環，難以進行其他測試，同時測試成本較高，操作復雜的問題。
本發明的目的在于提供基于非接觸式霍爾效應測量石墨烯載流子遷移率的方法， 該方法采用入射電磁波激發的方式，在石墨烯中引入感應電流和霍爾電流，通過測量霍爾電流輻射出的電磁波，并與入射電磁波相比較，得出石墨烯的遷移率，再改變激發電磁波的投射位置，進行多點測量。
進一步，該方法的具體實現步驟如下
步驟一，把銅圓片放置在載物臺上，對準電磁波發射器，利用測試設備自動讀取銅片的反射能量，并獲取的反射能量調整設備參數；
步驟二，把轉移到襯底上的石墨烯放置在載物臺上，選擇內置的響應測試襯底；
步驟三，對平衡橋電路施加反相信號，手動調節探測器，使探測到的Hall值達到最小；
步驟四，在零磁場下，通過反射電磁波測量石墨烯面電阻和載流子濃度，測量值將用于遷移率的測量；
步驟五，保持磁感應強度在5000-10000G，測量石墨烯Hall激發電流輻射的Hall 能量，并由此計算得到石墨烯遷移率；
步驟六，移動襯底，測量其他位置石墨烯遷移率。
進一步，在步驟一中，由反射能量測量出的銅圓片電阻值不大于lOohms。
進一步，在步驟二中，使用襯底須不小于2英寸。
進一步，在步驟六中，通過比較不同位置石墨烯遷移率，可得到石墨烯是否具有良 好的一致性。
本發明提供的基于非接觸式霍爾效應測量石墨烯載流子遷移率的方法，采用入射 電磁波激發的方式，在石墨烯中引入感應電流和霍爾電流，通過測量霍爾電流輻射出的電 磁波，并與入射電磁波相比較，得出石墨烯的遷移率，再改變激發電磁波的投射位置，進行 多點測量，并通過比較不同位置石墨烯遷移率，可得到石墨烯是否具有良好的一致性，該方 法采用非接觸式電磁波測量石墨烯遷移率，節省了測量石墨烯遷移率的時間，避免了傳統 方法制作金屬探針對石墨烯性質的影響，可判定大量制備石墨烯是否具有良好的一致性， 實用性強，具有較強的推廣與應用價值。
圖1是本發明實施例提供的基于非接觸式霍爾效應測量石墨烯載流子遷移率的 方法的實現流程圖2是本發明實施例提供的基于非接觸式霍爾效應測量石墨烯載流子遷移率的 方法的原理示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明， 并不用于限定發明。
本發明的目的在于提供基于非接觸式霍爾效應測量石墨烯載流子遷移率的方法， 該方法采用入射電磁波激發的方式，在石墨烯中引入感應電流和霍爾電流，通過測量霍爾 電流輻射出的電磁波，并與入射電磁波相比較，得出石墨烯的遷移率，再改變激發電磁波的 投射位置，進行多點測量。
圖1示出了本發明實施例提供的基于非接觸式霍爾效應測量石墨烯載流子遷移 率的方法的實現流程。
如圖1所示，在本發明實施例中，該方法的具體實現步驟如下
步驟一，把銅圓片放置在載物臺上，對準電磁波發射器，利用測試設備自動讀取銅 片的反射能量，并獲取的反射能量調整設備參數；
步驟二，把轉移到襯底上的石墨烯放置在載物臺上，選擇內置的響應測試襯底；
步驟三，對平衡橋電路施加反相信號，手動調節探測器，使探測到的Hall值達到 最小；
步驟四，在零磁場下，通過反射電磁波測量石墨烯面電阻和載流子濃度，測量值將 用于遷移率的測量；
步驟五，保持磁感應強度在5000-10000G，測量石墨烯Hall激發電流輻射的Hall 能量，并由此計算得到石墨烯遷移率；
步驟六，移動襯底，測量其他位置石墨烯遷移率。
在本發明實施例中，在步驟一中，由反射能量測量出的銅圓片電阻值不大于 IOohms0
在本發明實施例中，在步驟二中，使用襯底須不小于2英寸。
在本發明實施例中，在步驟六中，通過比較不同位置石墨烯遷移率，可得到石墨烯 是否具有良好的一致性。
下面結合附圖及具體實施例對本發明的應用原理作進一步描述。
本發明的目的在于克服接觸式測量的不足，提供一種基于電磁波激發的非接觸式 遷移率測量方法，可以免除探針，方便的測量石墨烯遷移率。另外其多點測量的優勢，可以 用來表征石墨烯的均勻性。
實現本發明目的技術關鍵是采用入射電磁波激發的方式，在石墨烯中引入感應 電流和霍爾電流，通過測量霍爾電流輻射出的電磁波，并與入射電磁波相比較，得出石墨烯 的遷移率。改變激發電磁波的投射位置，進行多點測量。其實現步驟包括如下
(I)把銅圓片放置在載物臺上，對準電磁波發射器，測試設備自動讀取銅片的反射 能量，以此調整設備參數，補償測試過程中可能出現的能量波動。由反射能量測量出的銅圓 片電阻值不大于IOohms ；
(2)把轉移到襯底上的石墨烯放置在載物臺上，選擇軟件內置的相應測試襯底，使 用襯底須不小于2英寸；
(3)系統對平衡橋電路施加反相信號，手動調節探測器，使探測到的Hall值達到 最小，盡可能的抵消噪聲；
(4)在零磁場下，通過反射電磁波測量石墨烯面電阻和載流子濃度，測量值將用于 遷移率的測量；
(5)保持磁感應強度在5000-10000G，測量石墨烯HalI激發電流輻射的Hall能量， 由此計算得到石墨烯遷移率；
(6)移動襯底，測量其他位置石墨烯遷移率，不同位置比較得到材料是否均勻。
用上述方法測量石墨烯遷移率其特征在于遷移率的測量不需要使用金屬探針接 觸，方便測量材料不同位置的遷移率。
本發明具有如下優點
1.由于采用非接觸式電磁波測量石墨烯遷移率，省去了探針制作，避免了材料破 壞。
2.由于采用非接觸式電磁波測量石墨烯遷移率，可以方便的測量不同位置的遷移 率，表征石墨烯制備均勻性。
參照圖1，本發明給出如下實施例
實施例1 :
本發明的實現步驟如下
步驟1，利用銅圓片調整設備參數。
把銅圓片放置在載物臺上，對準電磁波發射器，測試設備自動讀取銅片的反射能量，由反射能量測量出的銅圓片電阻值不大于lOohms。
步驟2,調節反射Hall值。
把石墨烯轉移到4英寸Si襯底上，放置在載物臺上，對準電磁波發射器，調整反射 Hall值到最小。
步驟3，測量石墨烯面電阻和載流子濃度。
在零磁場下，通過反射電磁波測量石墨烯面電阻和載流子濃度。
步驟4，測量石墨烯遷移率。
保持磁感應強度在5000G，測量石墨烯Hall激發電流輻射的Hall能量，系統自動 計算出石墨烯遷移率。
步驟5，移動襯底，測量其他位置遷移率。
實施例2
本發明的實現步驟如下
步驟A，利用銅圓片調整設備參數。
把銅圓片放置在載物臺上，對準電磁波發射器，測試設備自動讀取銅片的反射能 量，由反射能量測量出的銅圓片電阻值不大于lOohms。
步驟B,調節反射Hall值。
把石墨烯轉移到3英寸SiO2襯底上，放置在載物臺上，對準電磁波發射器，調整反 射Hall值到最小。
步驟C，測量石墨烯面電阻和載流子濃度。
在零磁場下，通過反射電磁波測量石墨烯面電阻和載流子濃度。
步驟D，測量石墨烯遷移率。
保持磁感應強度在7000G，測量石墨烯Hall激發電流輻射的Hall能量，系統自動 計算出石墨烯遷移率。
步驟E，移動襯底，測量其他位置遷移率。
實施例3
本發明的實現步驟如下
步驟1，利用銅圓片調整設備參數。
把銅圓片放置在載物臺上，對準電磁波發射器，測試設備自動讀取銅片的反射能 量，由反射能量測量出的銅圓片電阻值不大于lOohms。
步驟2，調節反射Hall值。
把石墨烯轉移到2英寸GaN襯底上，放置在載物臺上，對準電磁波發射器，調整反 射Hall值到最小。
步驟3，測量石墨烯面電阻和載流子濃度。
在零磁場下，通過反射電磁波測量石墨烯面電阻和載流子濃度。
步驟4，測量石墨烯遷移率。
保持磁感應強度在10000G，測量石墨烯Hall激發電流輻射的Hall能量，系統自動 計算出石墨烯遷移率。
步驟5，移動襯底，測量其他位置遷移率。
本發明公開了一種基于非接觸式霍爾效應的石墨烯載流子遷移率測量方法，主要解決非接觸測量石墨烯遷移率的問題。其測量步驟是(I)把Cu圓片放置在載物臺上，對 準電磁波發射器，測試設備自動讀取銅片的反射能量，以此調整設備參數，補償測試過程中 可能出現的能量波動。由反射能量測量出的Cu圓片電阻值不大于IOohms ;(2)把轉移到襯 底上的石墨烯放置在載物臺上，選擇軟件內置的相應測試襯底，使用襯底須不小于2英寸；(3)系統對平衡橋電路施加反相信號，手動調節探測器，使探測到的Hall值達到最小，盡可 能的抵消噪聲；(4)在O磁場下，通過反射電磁波測量石墨烯面電阻和載流子濃度，測量值 將用于遷移率的測量；(5)保持磁感應強度在100-1000G，測量石墨烯Hall激發電流輻射 的Hall能量，由此計算得到石墨烯遷移率；(6)移動襯底，測量其他位置石墨烯遷移率，不 同位置比較得到材料是否均勻。本發明節省了測量石墨烯遷移率的時間，避免了制作金屬 探針對石墨烯性質的影響。
本發明實施例提供的基于非接觸式霍爾效應測量石墨烯載流子遷移率的方法， 采用入射電磁波激發的方式，在石墨烯中引入感應電流和霍爾電流，通過測量霍爾電流輻 射出的電磁波，并與入射電磁波相比較，得出石墨烯的遷移率，再改變激發電磁波的投射位 置，進行多點測量，并通過比較不同位置石墨烯遷移率，可得到石墨烯是否具有良好的一致 性，該方法采用非接觸式電磁波測量石墨烯遷移率，節省了測量石墨烯遷移率的時間，避免 了傳統方法制作金屬探針對石墨烯性質的影響，可判定大量制備石墨烯是否具有良好的一 致性，實用性強，具有較強的推廣與應用價值。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.基于非接觸式霍爾效應測量石墨烯載流子遷移率的方法，其特征在于，該方法采用入射電磁波激發的方式，在石墨烯中引入感應電流和霍爾電流，通過測量霍爾電流輻射出的電磁波，并與入射電磁波相比較，得出石墨烯的遷移率，再改變激發電磁波的投射位置，進行多點測量。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法的具體實現步驟如下 步驟一，把銅圓片放置在載物臺上，對準電磁波發射器，利用測試設備自動讀取銅片的反射能量，并獲取的反射能量調整設備參數； 步驟二，把轉移到襯底上的石墨烯放置在載物臺上，選擇內置的響應測試襯底； 步驟三，對平衡橋電路施加反相信號，手動調節探測器，使探測到的Hall值達到最小； 步驟四，在零磁場下，通過反射電磁波測量石墨烯面電阻和載流子濃度，測量值將用于遷移率的測量； 步驟五，保持磁感應強度在5000-10000G，測量石墨烯Hall激發電流輻射的Hall能量，并由此計算得到石墨烯遷移率； 步驟六，移動襯底，測量其他位置石墨烯遷移率。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟一中，由反射能量測量出的銅圓片電阻值不大于IOohms。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟二中，使用襯底須不小于2英寸。
5.如權利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟六中，通過比較不同位置石墨烯遷移率，可得到石墨烯是否具有良好的一致性。
全文摘要
本發明屬于半導體技術領域，提供了基于非接觸式霍爾效應測量石墨烯載流子遷移率的方法，采用入射電磁波激發的方式，在石墨烯中引入感應電流和霍爾電流，通過測量霍爾電流輻射出的電磁波，并與入射電磁波相比較，得出石墨烯的遷移率，再改變激發電磁波的投射位置，進行多點測量，并通過比較不同位置石墨烯遷移率，可得到石墨烯是否具有良好的一致性，該方法采用非接觸式電磁波測量石墨烯遷移率，節省了測量石墨烯遷移率的時間，避免了傳統方法制作金屬探針對石墨烯性質的影響，可判定大量制備石墨烯是否具有良好的一致性，實用性強，具有較強的推廣與應用價值。
文檔編號G01R31/26GK103033734SQ20121059392
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者韓碭, 王東, 寧靜, 閆景東, 柴正, 張進成, 郝躍 申請人:西安電子科技大學