[發明專利]一種高潔凈無損轉移石墨烯納米帶的方法

有效

• 申請號: 202111105455.6
• 申請日: 2021-09-22
• 公開（公告）號: CN113683083B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 蔡金明;陳其贊;林澤斯
• 申請（專利權）人: 廣東墨睿科技有限公司
• 主分類號: C01B32/186
• 分類號: C01B32/186;C01B32/194
• 代理公司: 東莞科強知識產權代理事務所(普通合伙) 44450
• 代理人: 李林學

本發明提出一種高潔凈無損轉移石墨烯納米帶的方法，在Mica基底生長一定厚度的Au（111）層，獲得Au（111）/Mica生長基底；使用CVD生長工藝在Au（111）面上生長滿單層的N=7GNR，獲得N=7GNR/Au（111）/Mica樣品，使用薄刀片在生長有石墨烯納米帶的N=7GNR/Au（111）/Mica樣品的Au（111）鍍層面外圍輕劃一下，破壞表層無定形碳膜層的完整性，然后使用軟毛刷粘取一定濃度的弱刻蝕能力的碘化鉀碘溶液輕刷幾次，使表面無定型碳膜層脫落，同時使N=7GNR/Au（111）層裸露出來，方便后續Mica基底與Au（111）鍍層分離。轉移過程中，沒有引入新雜質和新缺陷，通過有目的性地去除無定形碳層，實現石墨烯納米帶的快速轉移。

技術領域

本發明涉及石墨烯納米帶轉移領域，特別是涉及一種高潔凈無損轉移石墨烯納米帶的方法。

背景技術

半導體器件是集成電路和芯片制造的重要基礎電子元件，隨著電子元器件高度集成化、微尺度化的快速發展，這勢必對電子元件納米尺度化提出更大的挑戰。目前，最先進的半導體光刻制程已達到7nm 、5nm，實驗室中甚至可達到1nm的制程工藝。雖然，傳統用于制備半導體元器件的硅材料柵極長度為≥5nm具有相當理想的優勢，但硅材料柵極長度＜5nm時，會伴隨著柵極長度的縮短出現越明顯的“隧道效應”，阻礙源極電流流向漏極，導致半導體元器件失效。這種因硅材料物理極限而出現的“摩爾效應”將極大的制約高度集成技術的發展。尋找一種原子級的極限超薄的半導體材料的研究倍受科研工作者的廣泛關注和研究。

自2004年Novoselov和Geim通過機械剝離法制備出石墨烯以來，石墨烯優異的電、熱、光學性能倍受科研界的廣泛關注。石墨烯是一種由碳原子組成的蜂窩狀晶體結構的新型二維材料，其蜂窩晶體結構組成的非常穩定的六元環平面內中的碳原子的2S和2P_x和2P_y雜化形成sp²軌道，垂直方向上的2P_z軌道形成垂直于六元環平面的π-π鍵，即石墨烯與石墨烯層間是以范德華相互作用的π-π鍵形式結合，可通過機械、化學等方法獲得單層、穩定的單層厚度石墨烯。目前，可通過 CVD制備方法獲得高質量的單層石墨烯，這種單原子厚度的超薄二維納米材料是非常理想的納米尺度化的電子元器件材料。然而，石墨烯是一種零帶隙二維納米材料，即它不是一種半導體材料，無法直接用于制備納米電子元器件。所幸，通過研究者的不懈努力成功找到了打開石墨烯能級帶隙的方法，控制石墨烯的生長寬度獲得石墨烯納米帶，是目前較為成熟的一種開口石墨烯能級帶隙的方法，能級帶隙打開的石墨烯納米帶是一種單原子厚度的超薄納米級的半導體材料，有望成為“碳基半導體電子元器件時代”的先驅者。

石墨烯納米帶根據長邊邊緣結構的不同分為相對平整邊緣的扶手椅型石墨烯納米帶（AGNR）和相對粗糙邊緣的鋸齒型石墨烯納米帶（ZGNR）。扶手椅型石墨烯納米帶的能級帶隙寬度△與石墨烯納米帶寬度（原子個數）遵循著3P的關系：△3P+1＞△3P＞△3P+2＞0，這里P為正整數。而鋸齒型石墨烯納米帶的能級帶隙寬度隨著石墨烯納米帶的寬度增加而減小。目前石墨烯納米帶的制備工藝已相對成熟，是通過CVD法在Au（111）面可生長原子級寬度的石墨烯納米帶。根據具體生長機理是利用高度結晶的Au（111）面控制石墨烯的生長方向，抑制石墨烯納米帶的橫向生長，從而達到原子級可控寬度的石墨烯納米帶生長。這種制備具有原子級寬度精準控制的可調帶隙的實習納米帶可能使石墨烯納米帶有望用于納米電子和光電領域的應用，打破硅材料的物理極限。