[發(fā)明專利]石墨烯納米帶的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110168562.3
• 申請(qǐng)日: 2011-06-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102243990A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程新紅;張有為;徐大偉;王中健;夏超;俞躍輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02;H01L21/321;B82Y40/00
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯納米帶的制備方法。

背景技術(shù)

根據(jù)摩爾定律，芯片的集成度每18個(gè)月至2年提高一倍，即加工線寬縮小一半。利用尺寸不斷減小的硅基半導(dǎo)體材料(硅材料的加工極限一般認(rèn)為是10納米線寬)來(lái)延長(zhǎng)摩爾定律的發(fā)展道路已逐漸接近終點(diǎn)。隨著微電子領(lǐng)域器件尺寸的不斷減小，硅材料逐漸接近其加工的極限。

為延長(zhǎng)摩爾定律的壽命，國(guó)際半導(dǎo)體工業(yè)界紛紛提出超越硅技術(shù)(Beyond?Silicon)，其中最有希望的石墨烯應(yīng)運(yùn)而生。石墨烯(Graphene)作為一種新型的二維六方蜂巢結(jié)構(gòu)碳原子晶體，自從2004年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，在全世界引起了廣泛的關(guān)注。

石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子薄膜，在二維平面上每個(gè)碳原子以sp²雜化軌道相銜接，也就是每個(gè)碳原子與最近鄰的三個(gè)碳原子間形成三個(gè)σ鍵，剩余的一個(gè)p電子垂直于石墨烯平面，與周圍原子形成π鍵，碳原子間相互圍成正六邊形的平面蜂窩形結(jié)構(gòu)，這樣在同一原子面上只有兩種空間位置相異的原子。實(shí)驗(yàn)證明石墨烯不僅具有非常出色的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，還具有獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)。石墨烯是零帶隙材料，其電子的有效質(zhì)量為零，并以10⁶m/s的恒定速率運(yùn)動(dòng)，行為與光子相似，由此，石墨的理論電子遷移率高達(dá)2×10⁵cm²/V·s，實(shí)驗(yàn)測(cè)得遷移率也超過(guò)1.5×10⁴cm²/V·s，是商業(yè)硅片中電子遷移率的10倍，并具有常溫整數(shù)量子霍爾效應(yīng)等新奇的物理性質(zhì)。正是其優(yōu)異的電學(xué)性能使發(fā)展石墨烯基的晶體管和集成電路成為可能，并有可能完全取代硅成為新一代的主流半導(dǎo)體材料。

石墨烯的電子性質(zhì)與其尺寸和幾何形狀密切相關(guān)，只有石墨烯納米帶由于量子限域效應(yīng)和邊緣效應(yīng)而擁有能隙，具有半導(dǎo)體性能。目前，獲得石墨烯納米帶的方法主要有光刻蝕法、化學(xué)分散法和有機(jī)合成法。目前普遍使用的光刻蝕法能精確控制石墨烯薄膜的尺寸和形狀，但產(chǎn)率很低并且石墨烯邊緣粗糙；另一方面，采用化學(xué)分散法和有機(jī)合成法時(shí)，產(chǎn)率很高但可控性差。因此，需要提出一種可控性高且產(chǎn)率高的制備石墨烯納米帶的方法。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述在制備石墨烯納米帶的現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種石墨烯納米帶的制備方法，以確保制備的石墨烯納米帶具有較高的可控性及產(chǎn)率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種石墨烯納米帶的制備方法，其包括：在半導(dǎo)體襯底上生成過(guò)渡金屬薄膜層；在所述過(guò)渡金屬薄膜層上均勻涂覆光刻膠以形成光刻膠層，并將其烘干；藉由一預(yù)設(shè)有版圖的光掩膜對(duì)所述光刻膠層曝光，之后顯影、烘干，以便在所述光刻膠層上形成與所述版圖相對(duì)應(yīng)的圖形；注入碳離子，以使所述碳離子經(jīng)由所述圖形注入至所述過(guò)渡金屬薄膜層中；去除所述光刻膠層，并清洗所述過(guò)渡金屬薄膜層的表面；以及對(duì)所述過(guò)渡金屬薄膜層進(jìn)行退火處理，使碳原子從所述過(guò)渡金屬薄膜層中析出重構(gòu)，以便在所述金屬薄膜層表面制備出具有特定形狀和尺寸的石墨烯納米帶。

在本發(fā)明中優(yōu)選的是，所述過(guò)渡金屬薄膜層是采用過(guò)渡金屬Ni、Ru、Ir、Pt、或者Co來(lái)形成的。

在本發(fā)明中優(yōu)選的是，所述過(guò)渡金屬薄膜層是采用合金來(lái)形成的，所述合金是由選自過(guò)渡金屬Ni、Ru、Ir、Pt、以及Co所組成的群中的至少兩種制備的。

在本發(fā)明中優(yōu)選的是，所述過(guò)渡金屬薄膜層是采用化學(xué)沉積法、濺射法、以及電子束蒸發(fā)法中一種方法形成。

在本發(fā)明中優(yōu)選的是，所述碳離子是通過(guò)用碳離子束轟擊所述過(guò)渡金屬薄膜層被注入的。

在本發(fā)明中優(yōu)選的是，所述過(guò)渡金屬薄膜層的厚度為50納米至300納米。

在本發(fā)明中優(yōu)選的是，所述退火處理是通過(guò)將所述過(guò)渡金屬薄膜層在惰性氣體的環(huán)境中加熱至700℃至1200℃的溫度范圍內(nèi)，并保持5分鐘至60分鐘后再冷卻來(lái)完成的。

另外，在本發(fā)明中優(yōu)選的是，所述退火處理是通過(guò)將所述過(guò)渡金屬薄膜層在真空環(huán)境中加熱至700℃至1200℃的溫度范圍內(nèi)，并保持5分鐘至60分鐘后再冷卻來(lái)完成的。