[發(fā)明專利]一種基于豎直石墨烯的場(chǎng)發(fā)射電極的圖形化制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310185311.5
• 申請(qǐng)日: 2013-05-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103280404A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王浩敏;孫秋娟;謝紅;謝曉明
• 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): H01L21/28
• 分類號(hào): H01L21/28
• 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)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種任意襯底上制作發(fā)射電子陰極的豎直石墨烯圖形化技術(shù)。

背景技術(shù)

在當(dāng)今以硅為代表的大規(guī)模集成電路材料因迫近其物理尺寸極限而面臨發(fā)展瓶頸之時(shí)，以石墨烯為代表的新型二維晶體材料因其單原子厚度的二維晶體結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的物理特性成為近年來(lái)進(jìn)行下一代電子器件開(kāi)發(fā)研究的焦點(diǎn)。就石墨烯而言，其表現(xiàn)出來(lái)的一系列獨(dú)特的物理特性，如高機(jī)械強(qiáng)度、高光透率、高載流子遷移率、高導(dǎo)電性等，在微納米器件、納米傳感器、高性能儲(chǔ)能元件、透明導(dǎo)電膜、太赫茲器件、場(chǎng)發(fā)射器件等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。這些納米器件中最具應(yīng)用潛力的是納米電子器件、光電器件，它們可廣泛應(yīng)用于電子學(xué)、光學(xué)、微機(jī)械裝置和新型計(jì)算機(jī)中，是當(dāng)今新材料與新器件研究領(lǐng)域中最富有活力的研究領(lǐng)域。目前，納米器件的設(shè)計(jì)與制造正處于一個(gè)飛速發(fā)展時(shí)期。豎直石墨烯材料具有原子層厚度的尖銳邊界，致其具有優(yōu)良的電場(chǎng)電子發(fā)射特性；其金屬特征也導(dǎo)致其在與其他金屬材料接觸時(shí)不會(huì)形成肖特基勢(shì)壘。因而，其在納米場(chǎng)發(fā)射電子器件中擁有廣大的應(yīng)用前景。然而，豎直石墨烯材料不同于其它薄膜材料，其片狀豎直結(jié)構(gòu)使其在基底表面難以進(jìn)行光刻加工和刻蝕，難以實(shí)現(xiàn)圖形化。與此同時(shí)，其生長(zhǎng)并不需要催化性襯底，故其生長(zhǎng)過(guò)程是非選擇性生長(zhǎng)，因此如何實(shí)現(xiàn)該豎直石墨烯的圖形化仍是一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題。

通常的圖形化技術(shù)是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝實(shí)現(xiàn)薄膜材料的圖形化。其步驟是首先將薄膜材料沉積在整個(gè)襯底上，然后通過(guò)光線或電子束曝光光刻膠將圖形轉(zhuǎn)移至光刻膠，然后將通過(guò)光刻膠作為掩模，將薄膜材料在襯底上圖形化。再通過(guò)剝離光刻膠方法將薄膜圖形留置于襯底表面。但是由于通常的工藝流程中掩模步驟需要旋轉(zhuǎn)涂布光刻膠，而需要獲得均勻平整的光刻膠薄膜，樣品表面的起伏不要超過(guò)300納米。然而豎直石墨烯的高度在幾百納米到幾微米之間，無(wú)法進(jìn)行光刻膠的涂布。此外，旋涂光刻膠速度還可能會(huì)達(dá)到每分鐘幾千轉(zhuǎn)，如此高的轉(zhuǎn)速可能會(huì)將豎直石墨烯剝離襯底表面。此外，還有一種常用半導(dǎo)體工藝實(shí)現(xiàn)薄膜材料的圖形化。其步驟是通過(guò)光線或電子束曝光光刻膠將圖形轉(zhuǎn)移至光刻膠，然后將薄膜材料沉積在整個(gè)襯底上，再通過(guò)剝離光刻膠方法將薄膜圖形留置于襯底表面。但是由于通常的工藝流程中掩模步驟需要用到光刻膠，而光刻膠的最高耐受溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于豎直石墨烯材料的生長(zhǎng)溫度，無(wú)法通過(guò)直接在留有光刻膠的襯底表面直接沉積豎直石墨烯并剝離來(lái)達(dá)到圖形化的目的。

因此，如何通過(guò)用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體工藝實(shí)現(xiàn)豎直石墨烯材料的圖形化是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于豎直石墨烯的場(chǎng)發(fā)射電極的圖形化制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中在非金屬襯底上制備豎直石墨烯的工藝難關(guān)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于豎直石墨烯的場(chǎng)發(fā)射電極的圖形化制備方法，該方法包括以下步驟：

1）提供一襯底并在該襯底上表面形成第一光刻膠層；

2）曝光并顯影形成所需的光刻膠圖形；

3）在該光刻膠圖形上沉積易于酸溶液腐蝕的第一金屬層；

4）將步驟3）之后獲得的結(jié)構(gòu)放入丙酮去膠并剝離所述第一光刻膠層上的第一金屬層；

5）繼續(xù)旋涂光刻膠，形成第二光刻膠層，曝光并顯影形成所需的光刻膠圖形；

6）接著沉積耐酸溶液腐蝕的第二金屬層；

7）將步驟6）之后獲得的結(jié)構(gòu)再放入丙酮去膠并剝離所述第二光刻膠層上的第二金屬層；形成金屬圖形化襯底；

8）在該金屬圖形化襯底上生長(zhǎng)豎直石墨烯；

9）將步驟8）之后獲得的結(jié)構(gòu)放入酸溶液中腐蝕掉剩余的第一金屬層，得到基于豎直石墨烯的場(chǎng)發(fā)射電極圖形。

優(yōu)選地，所述步驟1）中在襯底上表面形成第一光刻膠層之前還包括清洗烘干襯底的步驟。

優(yōu)選地，所述襯底為非金屬襯底。

優(yōu)選地，所述步驟3）中易于酸溶液腐蝕的第一金屬層的材料選自Ni、Cu或Ti。

優(yōu)選地，所述步驟6）中耐酸溶液腐蝕的第二金屬層的材料選自Pt或Au。

優(yōu)選地，所述步驟8）中所述的豎直石墨烯是通過(guò)化學(xué)氣相沉積方法沉積而成的。

優(yōu)選地，所述步驟9）中的酸液為鹽酸。

優(yōu)選地，所述第一光刻膠層的厚度為1-2μm。

優(yōu)選地，所述第一金屬層與所述第二金屬層厚度相同。