[發(fā)明專利]石墨烯納米窄帶的制備方法

有效

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• 申請日: 2012-04-05
• 公開（公告）號: CN103359720A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設計）人: 林曉陽;姜開利;范守善
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學;鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;B82Y40/00
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種石墨烯納米窄帶的制備方法，尤其涉及一種定向排列的石墨烯納米窄帶的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯具有穩(wěn)定的二維晶格結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學性能，近年來迅速成為碳材料家族中的“明星分子”。由于具備和傳統(tǒng)硅半導體工藝的兼容性且不存在碳納米管所面臨的選擇性生長等問題，石墨烯在微納電子器件領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應用前景，有望成為構(gòu)筑下一代電子器件的核心材料。

石墨烯片層的形狀決定了其能帶結(jié)構(gòu)，能帶結(jié)構(gòu)又決定其電學性質(zhì)，電學性質(zhì)又進而決定其應用潛力。目前，基于石墨烯的電子器件實用化所面臨的一大挑戰(zhàn)是將其圖形化為具備不同電學性質(zhì)的微納結(jié)構(gòu)，為下一步的電路集成奠定基礎。在這種情況下，發(fā)展一種可以有效制備石墨烯納米窄帶的方法至關(guān)重要。

目前，制備石墨烯納米窄帶的方法主要包括：1)利用激光燒蝕或強氧化劑刻蝕的方法縱向剖開碳納米管壁，以得到單層或多層石墨烯納米窄帶。該方法的效率較低，可控性較差，獲得的石墨烯納米窄帶不平整。2)采用傳統(tǒng)的光刻和氧刻蝕方法切割石墨烯。該方法對基底的要求高，并且涉及了各種溶劑的使用，不利于表面器件的制備及集成，另外，納米級掩膜的制備也較為困難，成本較高。3)采用催化粒子原位反應切割石墨烯。該方法效率較低，并且涉及了溶液及高溫反應，且制備過程具備不可控性。4)利用掃描隧道顯微鏡(STM)針尖電流切割石墨烯。該方法效率低，由于是在高純石墨上實現(xiàn)切割，因而與現(xiàn)行的半導體工藝不兼容。5)利用圖形化的二氧化鈦薄膜的光催化反應氧化分解石墨烯片層，得到特定圖案的石墨烯條帶。該方法制備納米級別的圖形化二氧化鈦薄膜較為困難，需要另外的掩膜，因此整個制備過程較為復雜，且所需光催化反應的時間較長。6)利用圖形化排布的催化劑顆粒，利用化學氣相沉積法直接生長石墨烯條帶。該方法中對催化劑顆粒進行圖形化排布較為困難，不易控制其尺寸和形狀，因此獲得的石墨烯條帶的尺寸也較難控制。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，確有必要提供一種石墨烯納米窄帶的制備方法，該方法可調(diào)整與控制石墨烯納米窄帶的尺寸，且方法簡單，易于操作，效率較高。

一種石墨烯納米窄帶的制備方法，包括以下步驟：提供一基底，設置一石墨烯膜于該基底的上表面，間隔設置兩個相互平行的條形電極于該石墨烯膜遠離基底的表面，且與該石墨烯膜電絕緣；提供一碳納米管拉膜復合結(jié)構(gòu)，覆蓋于該石墨烯膜遠離基底的表面，該碳納米管拉膜復合結(jié)構(gòu)與所述兩個條形電極電接觸，該碳納米管拉膜復合結(jié)構(gòu)由一碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)與一高分子材料復合而成，該碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)包括多個定向排列的碳納米管束以及分布于所述碳納米管束之間的帶狀間隙；利用電子束轟擊的方法去除所述多個碳納米管束周圍的高分子材料，從而露出該多個碳納米管束；利用反應離子刻蝕該多個碳納米管束及位于該多個碳納米管束下方的部分石墨烯膜，獲得多個定向排列的石墨烯納米窄帶以及利用超聲處理的方法，將殘余的高分子材料與獲得的石墨烯納米窄帶分離。

一種高分子掩膜的制備方法，包括以下步驟：提供一碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)以及一高分子材料，該碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)包括多個定向排列的碳納米管束以及分布于所述碳納米管束之間的帶狀間隙；將所述碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)與所述高分子材料復合，形成一碳納米管拉膜復合結(jié)構(gòu)；利用電子束轟擊的方法去除所述多個碳納米管束周圍的高分子材料，從而露出該多個碳納米管束；利用反應離子刻蝕掉該多個碳納米管束，形成一高分子掩膜。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的石墨烯納米窄帶的制備方法，利用電子束轟擊后的碳納米管拉膜復合結(jié)構(gòu)作為掩膜，由于該碳納米管拉膜復合結(jié)構(gòu)中的碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)包括多個定向排列的帶狀間隙和碳納米管束，且該定向排列的帶狀間隙和碳納米管束的寬度均可以通過調(diào)整該碳納米管拉膜結(jié)構(gòu)中碳納米管拉膜的層數(shù)以及通過有機溶劑處理該碳納米管拉膜或者利用激光掃描該碳納米管拉膜等方法來調(diào)整，因此，本發(fā)明的制備方法獲得的石墨烯納米窄帶尺寸易于控制，從而克服了普通的光刻膠掩膜在成型后不能隨意改變其圖案和尺寸的缺陷。并且，利用本發(fā)明的制備方法獲得石墨烯納米窄帶具有定向排列的特點，可直接應用于一些半導體器件和傳感器中。另外，利用電子束轟擊后的碳納米管拉膜復合結(jié)構(gòu)作為掩膜，相比于其它納米級掩膜的制備來說，碳納米管拉膜復合結(jié)構(gòu)的制備更為簡便，且更適合于連續(xù)化、規(guī)?；a(chǎn)。因此，利用本發(fā)明方法制備石墨烯納米窄帶，具有工藝簡單、效率高、可規(guī)模化生產(chǎn)的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的石墨烯納米窄帶的制備方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明實施例的石墨烯納米窄帶的制備方法的工藝流程示意圖。