[發明專利]一種非損傷石墨烯納米器件的制作方法

在審

• 申請號: 201510329522.0
• 申請日: 2015-06-13
• 公開（公告）號: CN104934301A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發明（設計）人: 陳宜方;李俊潔;劉建朋;陸冰睿;邵金海
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/027;G03F7/20;B82Y40/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于電子束光刻技術領域，具體涉及一種使用電子束光刻和光學光刻兩種圖形化技術制作非損傷石墨烯納米器件的方法。

背景技術

石墨烯由于高遷移率、高速、零帶隙、線性分布的能帶等特點，具有做太赫茲光導器件的潛力。電子束直寫做出線寬100nm、200nm的圖形是沒有問題的，但是如果直接用電子束在石墨烯上曝光光刻膠，可能會損傷石墨烯的晶格。為了克服上述困難，就使用Stencil光刻來制作叉指電極。利用Stencil，不需要再用光刻膠做掩膜，比較方便，成本低，產出高，而且Stencil可以多次利用。光學光刻機易于實現大圖形的套準和復制，且設備價格低廉，可以用來刻出pads的圖形。

如果可以將電子束光刻技術、Stencil光刻、光學光刻技術結合起來，制備非損傷石墨烯納米器件，如太赫茲光導器件，這對我國的航空航天、軍事上的應用意義重大。

發明內容

本發明的目的在于提出一種簡單、方便、高精度制作非損傷石墨烯納米器件的方法。

本發明提出的制備非損傷石墨烯納米器件的方法，是將電子束光刻技術、Stencil光刻、光學光刻技術結合起來，制得叉指電極和pads，具體步驟如下：

（一）極小線寬納米線圖形的劑量測試和氮化硅腐蝕：

（1）在硅襯底上用LPCVD生長氮化硅層，氮化硅層厚度為300-350nm；

（2）在氮化硅層上旋涂PMMA，PMMA厚度為300-350（或600-700）nm；

（3）用烘箱烘烤旋涂了PMMA的硅片；

（4）用臺階儀測量PMMA膠厚度，如若達到所需厚度，進入步驟（5），否則返回步驟（2）重新旋涂PMMA；

（5）以上述PMMA為掩蔽層，用電子束直寫曝光，進行劑量測試；

（6）用顯影液IMBK和IPA進行顯影，用異丙醇進行定影，用氮氣吹干硅片；

（7）在光學顯微鏡下初步觀察圖形，若觀察到的圖形與設計版圖上的相差過大，重新旋涂PMMA、電子束曝光、顯影、定影，直到在光學顯微鏡下看到的圖形誤差不大為止；

（8）對曝光圖形進行噴金，進行SEM觀察，尋找最佳劑量，若沒有最佳劑量，重復步驟（2）（3）（5）（6）（7）；若找到最佳劑量，重復步驟（2）（3）（5）（6）（7），只是（5）中使用最佳曝光劑量；

（9）用RIE刻蝕以PMMA為掩膜的氮化硅；

（10）對曝光圖形進行噴金，用SEM觀察PMMA和氮化硅的刻蝕厚度；

（11）計算PMMA和氮化硅的選擇比；

（二）100-120（或300-350）nm?Stencil的制備：

（12）在100-120（或300-350）nm氮化硅隔膜上旋涂300-350（或600-700）nm的PMMA；

（13）重復步驟（3）—（8）；

（14）用RIE刻蝕以PMMA為掩膜的氮化硅隔膜；

（15）對曝光圖形進行噴金，用SEM觀察，如果隔膜上的叉指電極成功，stencil就做好了，否則，返回步驟（12），重新開始旋涂300-350（或600-700）nm的PMMA；

（三）金叉指電極的制作：

（16）用stencil做掩膜，熱蒸發100-120nm金到石墨烯上，在石墨烯上形成金叉指電極；

（四）用光學光刻套刻定義出pads圖形、熱蒸發金以及剝離，得到石墨烯納米器件：

（17）在石墨烯上旋涂PMMA，在烘箱中烘膠；

（18）用光學光刻做套刻，刻出pads的圖形；

（19）用MIBK和IPA顯影，用異丙醇定影；

（20）用光學顯微鏡觀察pads圖形，如果成功，就熱蒸發金；否則，返回步驟（17），石墨烯上重新旋涂PMMA；

（21）用丙酮和超聲波清洗機對樣品進行剝離，去除光刻膠PMMA及其上的金，得到石墨烯納米器件。

根據上述步驟，本發明可以分為四個部分：