[發(fā)明專利]一種制備納米尺度的石墨烯結(jié)構(gòu)的方法

有效

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• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105668546B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧長志;張慧珍;楊海方;唐成春;全保剛;李俊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院物理研究所
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194;H01L21/3065;G03F7/20;B82Y40/00
• 代理公司: 北京智匯東方知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11391
• 代理人: 范曉斌;康正德

本發(fā)明提供了一種制備納米尺度的石墨烯結(jié)構(gòu)的方法，涉及石墨烯半導(dǎo)體器件領(lǐng)域。該方法具體步驟包括：在具有襯底的石墨烯表面蒸鍍金屬鉻膜；在金屬鉻膜表面旋涂電子束抗蝕劑；采用電子束曝光技術(shù)，在電子束抗蝕劑上曝光相應(yīng)的圖形，并經(jīng)顯影、定影，使電子束抗蝕劑上形成納米尺度的結(jié)構(gòu)圖形；以電子束抗蝕劑為第一掩模，刻蝕金屬鉻膜，使金屬鉻膜上形成相應(yīng)的納米尺度結(jié)構(gòu)圖形；以金屬鉻膜作為第二掩模，刻蝕石墨烯，通過控制刻蝕參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)石墨烯尺寸的控制；利用鉻腐蝕液將剩余的金屬鉻膜去除，從而獲得潔凈無雜質(zhì)的納米尺度的石墨烯結(jié)構(gòu)。本發(fā)明既可以控制石墨烯結(jié)構(gòu)的特征尺寸在10nm以下，還可以避免石墨烯和電子束抗蝕劑直接接觸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別是涉及一種制備納米尺度的石墨烯結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

石墨烯由于其優(yōu)異的性能，如超高的載流子遷移率、單原子層的厚度和較高的機(jī)械強(qiáng)度，在未來半導(dǎo)體領(lǐng)域有著很好的潛在應(yīng)用價值，引起了人們的廣泛關(guān)注。但是由于石墨烯本身沒有帶隙，所以要實(shí)現(xiàn)石墨烯在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用，首先要解決打開帶隙的問題。目前常用的方法是把石墨烯裁成納米帶。而納米帶的尺度一般要到10nm以下才可以實(shí)現(xiàn)室溫半導(dǎo)體的應(yīng)用。

目前，可以利用嵌段共聚物光刻的方法來制備寬度小于10nm的石墨烯結(jié)構(gòu)，但是這種方法受制于掩模形狀的影響，均勻性并不是很好，而且不能靈活的調(diào)節(jié)孔的大小和周期。

為了實(shí)現(xiàn)較高的對準(zhǔn)精度，靈活的圖形大小和周期，可以使用電子束曝光技術(shù)來制備納米尺度的石墨烯結(jié)構(gòu)。然而，電子束曝光技術(shù)可實(shí)現(xiàn)精確控制且具有一定重復(fù)性的極限尺寸在20nm以上，無法達(dá)到10nm以下。此外，電子束曝光所用的電子束抗蝕劑容易殘留在石墨烯表面，不易去除，殘留的電子束抗蝕劑會影響石墨烯器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要提供一種制備納米尺度的石墨烯結(jié)構(gòu)的方法，以制備特征尺寸低于10nm的石墨烯結(jié)構(gòu)，該方法可以通過金屬鉻膜避免電子束抗蝕劑與石墨烯直接接觸使石墨烯表面潔凈無雜質(zhì)，從而保證石墨烯器件的性能。

特別地，本發(fā)明提供了一種制備納米尺度的石墨烯結(jié)構(gòu)的方法，具體步驟包括：

步驟1、選取襯底并將石墨烯轉(zhuǎn)移在所述襯底上，或在所述襯底上生長石墨烯；

步驟2、在所述石墨烯的表面蒸鍍一定厚度的金屬鉻膜；

步驟3、在所述金屬鉻膜表面旋涂一定厚度的電子束抗蝕劑；

步驟4、采用電子束曝光技術(shù)，在所述電子束抗蝕劑上曝光相應(yīng)的圖形，并經(jīng)顯影、定影，使所述電子束抗蝕劑上形成納米尺度的結(jié)構(gòu)圖形；

步驟5、以具有納米尺度結(jié)構(gòu)圖形的電子束抗蝕劑為第一掩模，采用離子束刻蝕技術(shù)刻蝕所述金屬鉻膜，使所述金屬鉻膜上形成相應(yīng)的納米尺度結(jié)構(gòu)圖形；

步驟6、以具有納米尺度結(jié)構(gòu)圖形的金屬鉻膜作為第二掩模，采用反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)刻蝕所述石墨烯，通過控制刻蝕時間，從而獲得亞10nm石墨烯結(jié)構(gòu)；

步驟7、利用鉻腐蝕液將具有納米尺度結(jié)構(gòu)圖形的石墨烯表面上剩余的金屬鉻膜去除，從而獲得潔凈無雜質(zhì)的納米尺度的石墨烯結(jié)構(gòu)。

可選地，所述石墨烯通過化學(xué)氣相沉積生長并轉(zhuǎn)移到所述襯底上或直接在所述襯底上采用機(jī)械剝離法生長。

可選地，所述金屬鉻膜的蒸鍍采用電子束蒸發(fā)或熱蒸發(fā)進(jìn)行蒸鍍，所述金屬鉻膜的厚度為10nm～50nm。

可選地，所述電子束抗蝕劑選用正性電子束抗蝕劑；

可選地，所述正性電子束抗蝕劑為PMMA或ZEP520。

可選地，所述電子束抗蝕劑選用負(fù)性電子束抗蝕劑；

可選地，所述負(fù)性電子束抗蝕劑為HSQ或SAL601。