[發明專利]一種圖形化石墨烯的制備方法

無效

• 申請號: 201010215355.4
• 申請日: 2010-07-01
• 公開（公告）號: CN101872120A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 葉堉;戴倫;代宇;秦國剛
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 蘇愛華

技術領域

本發明屬于石墨烯器件制備技術領域，具體涉及一種精確定位的圖形化石墨烯的制備方法。

背景技術

石墨烯是由碳原子蜂窩狀排列構成的二維晶體。由于其量子輸運性質、高的電導率、遷移率、透過率，石墨烯及其相關器件已經成為物理、化學、生物以及材料科學領域的一個研究熱點。迄今為止，人們已經制備出多種以石墨烯為基本功能單元的器件，包括場效應晶體管、太陽能電池、納米發電機、傳感器等。最近，人們在Ni或Cu催化薄膜上采用化學氣相沉積方法成功制備了大面積高質量的石墨烯，推動了石墨烯在器件方面的應用。

基于石墨烯的微納電子器件，通常需要精確定位圖形化石墨烯，目前采用的現有技術有：1)先圖形化催化劑，生長得到圖形化的石墨烯再轉移。這種方法不能將圖形化的石墨烯精確定位到器件襯底上。2)先轉移大面積的石墨烯到器件襯底上，再通過光刻、刻蝕的方法，最終刻蝕出所需要的圖形化石墨烯。這種方法中的應用到了氧等離子體刻蝕，就不可避免的會對石墨烯以及器件的其他部分造成輻照損傷。3)利用模板壓印的方法，在需要石墨烯的地方壓印上石墨烯。這種方法對不同圖形的石墨烯，要求制作不同的模板，且模板制造工藝復雜，成本太高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新的圖形石墨烯的方法，無需刻蝕、壓印，即可精確定位。

本發明提供的圖形化石墨烯的制備方法，包括如下步驟：

A)將光刻膠或PMMA旋涂在器件襯底上；

B)在需要石墨烯的位置上制出相應的圖形窗口，窗口之外的表面被光刻膠或PMMA覆蓋；

C)將相互黏附的石墨烯和PMMA層轉移到器件襯底上，并使石墨烯與窗口處的襯底部分緊密接觸，且經過適當的熱處理；

D)將上述襯底浸泡在丙酮溶液中，使光刻膠或PMMA，以及光刻膠或PMMA上的石墨烯和PMMA層剝離，即可在器件襯底上獲得圖形化的石墨烯。

步驟C)中，相互黏附的石墨烯和PMMA層的制備步驟包括：

1)在Ni或Cu催化薄膜上采用化學氣相沉積方法制備石墨烯；

2)旋涂一層PMMA；

3)將帶有PMMA的Ni或Cu催化薄膜浸泡在FeCl₃或(NH₄)₂S₂O₈溶液中，腐蝕掉Ni或Cu薄膜，使石墨烯和PMMA層漂浮在溶液中，從而得到相互黏附的石墨烯和PMMA層。

步驟B)中，通過紫外光刻或電子束光刻、顯影、定影等工藝在器件襯底上開出相應的圖形窗口。

步驟C)中，石墨烯和PMMA轉移到器件襯底后的熱處理，溫度為60-120℃，時間為30分鐘。

本發明通過紫外光刻(或電子束光刻)等微加工工藝，在器件襯底上圖形化光刻膠(或PMMA)，在需要石墨烯的地方開出窗口。通過石墨烯轉移方法，將大面積石墨烯轉移到圖形化的光刻膠(或PMMA)上，經過適當的熱處理后，通過丙酮浸泡的方法將光刻膠(或PMMA)連同其上的石墨烯剝離掉，得到器件所需的圖形化的石墨烯。該方法相比目前現存的石墨烯圖形化后再轉移的方法具有精確定位的優點；相比石墨烯轉移后再圖形化的方法具有無需刻蝕的優點；相比于壓印圖形化石墨烯的方法，具有不需要制作壓印模版，從而成本較低的優點。本發明所采用的方法，不僅實現了精確定位地圖形化石墨烯，而且很容易實現大面積器件集成。此外，利用曝光、剝離的方法避免了氧等離子體刻蝕的步驟，氧等離子體刻蝕會對石墨烯以及器件的其它組成部分會帶來輻照損傷，從而降低器件性能。

附圖說明

圖1為本發明的流程示意圖；

圖2采用本發明制得的圖形化石墨烯的場發射掃描電鏡照片，其中(a)為正三角形(b)為正六邊形(c)為字母B；

圖3采用本發明制得的圖形化石墨烯的拉曼光譜。

具體實施方式

本發明采用光刻、熱處理、剝離等傳統的微加工工藝，結合石墨烯轉移常規方法、在器件襯底所需要的地方制備圖形化的石墨烯。這種免刻蝕的石墨烯圖形化新方法，在以石墨烯為功能單元的新型器件方面有廣泛的應用前景。主要實驗過程如圖1所示，步驟如下：

1、在Ni或Cu催化薄膜上采用化學氣相沉積方法制備大面積高質量石墨烯。

2、在生長有石墨烯的襯底上旋涂一層PMMA，例如：2000rpm，2分鐘。

3、將帶有PMMA和石墨烯的襯底浸泡在1M的FeCl₃溶液中，例如：6小時。腐蝕掉Ni層，使石墨烯和PMMA層漂浮在溶液中。

4、將光刻膠(或PMMA)旋涂到目標器件襯底上。