[發明專利]單晶晶圓石墨烯薄膜的轉移方法

在審

• 申請號: 202110213872.6
• 申請日: 2021-02-25
• 公開（公告）號: CN114956062A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 彭海琳;胡兆寧;鄭黎明;林立;高欣;王茗;閻睿;蔡阿利;謝芹;劉忠范
• 申請（專利權）人: 北京石墨烯研究院;北京大學
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194
• 代理公司: 北京律智知識產權代理有限公司 11438
• 代理人: 李華;崔香丹

本發明公開一種單晶晶圓石墨烯薄膜的轉移方法，包括：在直接生長于生長基底上的單晶晶圓石墨烯薄膜表面依次形成萜類小分子層、輔助支撐層并貼合熱釋放膠帶，得到復合層；采用鼓泡剝離法將生長基底分離；待復合層干燥后，將其貼合到目標襯底；以及除去復合層中的熱釋放膠帶和各膠層。本發明的單晶晶圓石墨烯薄膜的轉移方法，通過構筑“熱釋放膠帶/輔助支撐層輔助支撐層/萜類小分子層/單晶晶圓石墨烯薄膜/生長基底”的分層結構，基于鼓泡剝離法可以在數分鐘之內與生長基底剝離，可以避免鼓泡過程對晶圓石墨烯薄膜的損壞；并且鼓泡剝離法不會損傷生長基底，生長基底可重復使用，可大幅降低生產成本。本發明的轉移方法兼容石墨烯的層層轉移。

技術領域

本發明屬于碳材料領域，具體涉及一種單晶晶圓石墨烯薄膜的轉移方法。

背景技術

通過化學氣相沉積法(CVD)制備的英寸級單晶晶圓石墨烯是理想的電子學材料，且與半導體加工工藝兼容。但是CVD法制備的單晶晶圓石墨烯往往生長在金屬生長基底上，并不能直接應用于電子器件，需要將單晶晶圓石墨烯薄膜轉移到SiO₂/Si、藍寶石等重要生長基底上。

目前，針對晶圓石墨烯的轉移方法鮮有報道。常用的基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)輔助支撐的刻蝕生長基底轉移法以犧牲單晶晶圓生長基底為代價，無法回收再利用；且刻蝕過程長達12小時，效率低下。

傳統的銅箔石墨烯轉移方法刻蝕法和鼓泡法，也都不適合晶圓石墨烯的轉移。晶圓石墨烯結構為藍寶石上磁控濺射一層很薄的單晶銅或合金，并在單晶銅或合金上生長一層石墨烯。晶圓石墨烯的品質相對于銅箔石墨烯更高，其有單晶、單層率高、無褶皺的優點，如晶圓石墨烯能完整、潔凈轉移在硅生長基底上并且在其上加工半導體器件，可以達到很高的遷移率。但是晶圓石墨烯相比于銅箔石墨烯造價更加昂貴，如果使用刻蝕法轉移，晶圓石墨烯中的單晶銅生長基底會被刻蝕，使得昂貴的單晶銅生長基底無法得到回收并用于重新生長石墨烯。并且在刻蝕法中銅箔石墨烯中的銅箔可以漂在刻蝕液液面上被刻蝕，而晶圓石墨烯由于自身重量會沉在刻蝕液里被刻蝕。由于水的表面張力影響，刻蝕法容易導致晶圓石墨烯的宏觀褶皺，嚴重影響石墨烯的完整度、均一度和潔凈度。鼓泡法可以保留銅生長基底，但傳統的鼓泡法并不適用于晶圓石墨烯的轉移。其原因在于銅生長基底和石墨烯作用力很強，在水的表面張力作用下在鼓泡過程中極易引起石墨烯破損；并且每轉移一片4英寸晶圓石墨烯，要花30分鐘左右的時間，轉移效率低下。

需注意的是，前述背景技術部分公開的信息僅用于加強對本發明的背景理解，因此它可以包括本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種單晶晶圓石墨烯薄膜的轉移方法。

本發明的單晶晶圓石墨烯薄膜的轉移方法，包括：在直接生長于生長基底上的單晶晶圓石墨烯薄膜表面形成萜類小分子層，在所述萜類小分子層上形成輔助支撐層，在所述輔助支撐層上貼合熱釋放膠帶，得到熱釋放膠帶/輔助支撐層/萜類小分子層/單晶晶圓石墨烯薄膜/生長基底復合層；采用鼓泡剝離法將所述熱釋放膠帶/輔助支撐層/萜類小分子層/單晶晶圓石墨烯薄膜/生長基底復合層的生長基底與熱釋放膠帶/輔助支撐層/萜類小分子層/單晶晶圓石墨烯薄膜分離；待所得的熱釋放膠帶/輔助支撐層/萜類小分子層/單晶晶圓石墨烯薄膜復合層干燥后，將其貼合到目標襯底；以及加熱釋放所述熱釋放膠帶后，除去輔助支撐層/萜類小分子層復合層。

根據本發明一實施方式，所述萜類小分子層的厚度50nm～50μm；優選厚度為100nm～1μm；優選，所述萜類小分子層由數均分子量小于100000的萜類小分子制成，更優選為冰片、樟腦中的一種或多種。

根據本發明另一實施方式，所述輔助支撐層厚度為50nm～10μm；優選厚度為100nm～1μm。

根據本發明另一實施方式，通過輥壓或真空貼合所述熱釋放膠帶，貼合間隙中沒有氣泡。