[發明專利]一種石墨烯薄膜襯底的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202010534433.0
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111732071A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 苗瑞霞;王少青;趙晨鶴;束體康
• 申請（專利權）人: 西安郵電大學
• 主分類號: B81B7/04
• 分類號: B81B7/04;B81C1/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李婷;國旭東

本發明公開了一種石墨烯薄膜襯底的制備方法，方法包括以下步驟：步驟S1、對石英襯底進行預處理；步驟S2、將經過預處理的石英襯底置于磁控濺射靶材底座上，采用磁控濺射法于石英襯底上形成SiO2納米顆粒；步驟S3、將經磁控濺射處理后的石英襯底放入退火爐中，在空氣流動的條件下經退火處理即得。本發明還公開了一種以本發明制備的石墨烯薄膜襯底制得的石墨烯薄膜，本發明方法避免了打磨產生的SiO₂納米顆粒不均勻的問題，本發明所制得的石墨烯薄膜缺陷少，sp3雜化少，薄膜質量更高，電阻更小。

技術領域

本發明屬于納米材料領域，具體涉及一種石墨烯薄膜襯底的制備方法及其應用。

背景技術

石墨烯是一種由碳原子通過sp2軌道雜化構成的具有六角蜂窩結構且只有單原子層厚度的二維晶體材料，石墨烯擁有優異的物理、化學性質,如，室溫下亞微米載流子平均自由程、高載流子遷移率、分數量子霍爾效應、高透光率和機械強度等。

襯底對于石墨烯的生長具有非常重要的作用，主要表現在三個方面：襯底催化碳源裂解的能力、襯底上碳遷移的能力以及石墨烯在襯底上成核的能力。與金屬相比，玻璃表面以具有方向性和飽和性的共價鍵為主，這導致碳活性物種無法在表面形成良好的化學吸附，因而玻璃表面對于碳源裂解的催化作用非常有限，使得碳源裂解困難，石墨烯在玻璃表面的成核和生長較難進行；另一方面，由于碳原子在玻璃表面的遷移勢壘要遠高于金屬表面，這極大地限制了碳物種在玻璃表面的遷移；普通玻璃的軟化溫度較低，不適合高溫CVD生長石墨烯薄膜。因此，與金屬相比，在玻璃表面的石墨烯生長普遍表現出較低的生長速率和較差的結晶質量。

研究表明，二氧化硅納米顆粒的熔點比純二氧化硅要低，較易發生碳熱反應，從而達到催化的效果?，F有技術中常用刮擦的方式獲得納米顆粒，但是利用砂紙與石英摩擦之后對石英表面損壞較大，會破壞石英表面原有的光透射率，并且所產生的表面形貌也不均勻。

發明內容

為解決上述問題，本發明采取的技術方案為：一種石墨烯薄膜襯底的制備方法，方法包括以下步驟：

步驟S1、對石英襯底進行預處理；

步驟S2、將經過預處理的石英襯底置于磁控濺射靶材底座上，采用磁控濺射法于石英襯底上形成SiO₂納米顆粒；

步驟S3、將經磁控濺射處理后的石英襯底放入退火爐中，在空氣流動的條件下經退火處理即得。

可選的，所述的預處理包括將襯底依次放入丙酮、無水乙醇和去離子水中進行超聲清洗。

可選的，所述的石英襯底包括石英玻璃襯底、SiO₂襯底、柔性超薄玻璃襯底、浮法玻璃襯底和普通玻璃襯底。

可選的，所述的磁控濺法的濺射功率為50～150W，磁控濺射時間為1～60min，氬氣流量為30～60sccm，氧氣流量為1～20sccm，磁控功率為50～150W，腔室壓強為0～10pa。

本發明還公開了一種石墨烯薄膜，該石墨烯薄膜以本發明的石墨烯薄膜襯底的制備方法制得的石墨烯薄膜襯底為襯底。

可選的，所述石墨烯薄膜采用PECVD法于真空條件下制得。

可選的，所述真空條件的真空度小于10^-4Pa。

可選的，所述PECVD法的參數設置包括：升溫速率10～30℃/min，氬氣流量50～100sccm，甲烷流量為2～50sccm，氫氣流量為0～40sccm，生長時間為1～100min。

本發明與現有技術相比，有益的技術效果是：

(1)本發明方法制備的石英襯底表面比金屬襯底具有更好的表面狀態，有利于高質量石墨烯薄膜的均勻生長。