[發明專利]一種石墨烯圖形化生長方法

在審

• 申請號: 201710364847.1
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107311159A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 張大勇;金智;史敬元;彭松昂;黃昕楠;姚堯
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: C01B32/188
• 分類號: C01B32/188;C01B32/186
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司11228
• 代理人: 張瑾

技術領域

本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種石墨烯圖形化生長方法。

背景技術

石墨烯(Graphene)是一種由碳原子形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種原子層厚度的準二維材料，又叫做單原子層石墨。石墨烯具有優異的電學性能、光學特性、化學穩定性和良好的導熱特性，使其在電子、光學以及生物檢測等領域具有很強的應用價值。然而，石墨烯大規模應用的前提條件是石墨烯的圖形化。

目前，常用的石墨烯薄膜圖形化方法是掩膜保護下的氧等離子體刻蝕，但是，這種制備方法由于要經過光刻等工藝，因此過程中在石墨烯表面引入的殘余光刻膠會對石墨烯的性能有較大影響；此外，也可以通過二氧化鈦或者激光對石墨烯的光化學分解或者熱分解得到圖形化石墨烯，然而這些制備方法的效率非常低。

因此，亟需提供一種高效、低成本的石墨烯圖形化生長方法，為石墨烯大規模開發利用提供基礎。

發明內容

本發明提供的石墨烯圖形化生長方法，能夠針對現有的石墨烯薄膜圖形化方法產生的問題，高效且低成本地獲得圖形化石墨烯。

本發明提供一種石墨烯圖形化生長方法，其特征在于，包括：

步驟一、在襯底表面形成鎳層，用于提供石墨烯的生長襯底；

步驟二、將表面圖形化模板覆蓋在所述鎳層表面，在所述鎳層表面生成與所述表面圖形化模板相對應的石墨烯圖形。

可選地，在所述步驟二之后，所述方法還包括：

步驟三、將所述石墨烯圖形轉移到目標襯底表面。

可選地，上述襯底和目標襯底的材料為石英、硅或柔性PET。

可選地，上述步驟一通過蒸發在所述襯底表面形成鎳層。

可選地，上述表面圖形化模板的材料為石英玻璃。

可選地，上述表面圖形化模板與所述鎳層緊密貼合。

可選地，上述步驟二通過在化學氣相沉積爐中通入甲烷和氫氣生成所述石墨烯。

可選地，上述步驟二生成所述石墨烯的反應條件為在1000℃下反應10min。

可選地，上述步驟三還包括在所述生長有石墨烯圖形的鎳層表面旋涂光刻膠，去除鎳層后，將光刻膠及石墨烯的復合層轉移到所述目標襯底表面，去除光刻膠。

可選地，上述鎳層通過鹽酸腐蝕除去，所述光刻膠通過丙酮溶解除去。

本發明實施例提供的石墨烯圖形化生長方法，能夠利用覆蓋在金屬鎳表面的圖形化模板對鎳表面石墨烯生長的選擇性限制作用，在金屬鎳表面生成圖形化石墨烯，工藝簡單，生產效率高，并且所使用的圖形化模板可以重復利用，能夠有效避免石墨烯表面的污染。

附圖說明

圖1a-1b為本發明一實施例的石墨烯圖形化生長步驟中的結構示意圖；

圖2為本發明一實施例的圖形化石墨烯轉移到目標襯底的結構示意圖；

圖3為本發明一實施例的方法流程示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明提供一種石墨烯圖形化生長方法，可用于石墨烯電子器件、基于石墨烯的顯示設備等的制備。該方法利用覆蓋在金屬鎳表面的圖形化模板對鎳表面石墨烯生長的選擇性限制作用，在金屬鎳表面生成圖形化石墨烯。

本發明的一個實施例的石墨烯圖形化生長步驟中的結構示意圖如圖1a所示。在本發明的一個實施例中，在表面平整的襯底101表面蒸發金屬鎳，形成金屬鎳層102，用于作為石墨烯的生長襯底；特別的，該襯底101為石英襯底。

如圖1b所示，將表面圖形化的石英玻璃103覆蓋在金屬鎳層102的表面，石英玻璃103的表面具有圖形104。將表面覆蓋有圖形化的石英玻璃103、金屬鎳層102及襯底101的器件結構放入化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)爐中，通入甲烷和氫氣，在1000℃下反應10min，在金屬鎳層102的表面生成石墨烯圖形105。