專利名稱：石墨烯的圖形化方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件技術領域，尤其是指一種可以精確定位石墨烯的圖形化方法。
背景技術：
石墨烯是單層碳原子排列成二維正六邊形蜂窩狀點陣所形成的材料，保持了近乎完美的晶體結構和極高的穩定性，并且展現出諸如室溫量子霍爾效應、彈道運輸、無質量的狄拉克費米子等一系列新奇的物理性質。自2010年石墨烯獲得諾貝爾物理學獎以后，石墨烯更是引起了人們廣泛的研究熱潮。目前，石墨烯已被證明可以應用于多種電子器件的制備，如分子傳感器、場效應晶體管、太陽能電池等等。基于微納器件的制備，通常需要對石墨烯進行圖形化，目前常用的石墨烯圖形化方法有1)對轉移后的大面積石墨烯進行光刻、離子刻蝕工藝，得到圖形化的石墨烯，這種方法圖形化精度高，但是工藝難度大，工藝過程中容易對石墨烯造成污染與損傷；幻直接生長圖形化的石墨烯再進行轉移，這種方法無需用到后續的光刻刻蝕工藝， 但無法將石墨烯精確定位到襯底上；3)納米壓印法，在需要有圖形的地方壓印上石墨烯， 這種方法方便簡單，但是無法得到較為復雜的圖形，模版制備成本也很高。鑒于此，實有必要提出一種石墨烯的圖形化方法以達到精確定位。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于提供一種石墨烯的圖形化的方法以實現在襯底上精確定位圖形化石墨烯的位置。為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案石墨烯的圖形化方法，包括以下步驟1)在襯底上制作出溝槽形成所需圖形；2)制備大面積石墨烯薄膜并轉移到溶液中；3)將石墨烯薄膜從溶液中轉移到具有溝槽圖形的襯底上；4)烘干直至石墨烯薄膜在溝槽上斷裂，從而得到所需要的圖形化石墨烯。作為本發明的優選方案之一，所述步驟1)中的所需圖形為線形、圓形、矩形、正方形、多邊形、梳齒形及其組合。作為本發明的優選方案之一，所述步驟1)中的襯底為硅片、氧化硅片、陶瓷、玻璃或SOI片。作為本發明的優選方案之一，所述步驟1)中的溝槽的深寬比> 1. 1。作為本發明的優選方案之一，所述步驟1)中的溝槽側壁橫截面為直角、弧形或斜坡。作為本發明的優選方案之一，所述步驟1)中溝槽是采用深反應離子刻蝕、微切割技術或濕法腐蝕方法形成。
作為本發明的優選方案之一，所述步驟2)中的溶液為去離子水、酒精、丙酮、四氯化碳或異丙醇。作為本發明的優選方案之一，所述步驟2)中石墨烯薄膜為剝離后或者利用化學氣相沉積(CVD)生長后轉移下來的無支撐薄膜樣品。作為本發明的優選方案之一，所述步驟幻具體是指將圖形化的襯底直接在溶液中撈取漂浮的石墨烯薄膜，使石墨烯定位在襯底圖形表面。作為本發明的優選方案之一，所述步驟4)中的烘干是指30-400°C的溫度下烘干 5_60mino本發明首先利用微加工技術中在襯底上制作出以溝槽為邊界的圖形結構；再將機械剝離或化學氣相沉積(CVD)法制備而得的大面積石墨烯薄膜轉移到溶液中；將石墨烯薄膜從溶液中轉移到具有溝槽的圖形化襯底上；烘干襯底與石墨烯，利用溶液的表面張力使溝槽區域的石墨烯斷裂，得到所需要的圖形化石墨烯。本發明的優點如下1.本發明可以在襯底上精確定位圖形化石墨烯的位置；2.本發明無需對石墨烯膜進行后續的光刻、刻蝕等工藝，不會對石墨烯造成物理損傷與破壞，成本也較低；3.本發明可以很容易實現對圖形化石墨烯的大規模集成。
圖1為本發明中不同側壁的溝槽襯底部分橫截面圖；圖2為本發明中襯底溝槽的幾種圖形；圖3為本發明石墨烯的圖形化方法流程圖；圖4為本發明實施例一正方形溝槽襯底的光刻板與襯底圖樣；圖5為本發明實施例二正方形與矩形組合圖形溝槽襯底的光刻板與襯底圖樣；圖6為本發明實施例三六電極多邊形溝槽襯底的光刻板圖樣。
具體實施例方式實施例一對石墨烯進行正方形圖形化1.直接利用微切割技術在陶瓷襯底上切割5 X 5mm的正方形溝槽，溝槽邊界寬度 30um，深度40um，溝槽圖樣與襯底俯視圖如圖4所示；2.利用機械剝離法得到的石墨烯轉移到丙酮中；3.將帶圖形的襯底直接在丙酮中撈取石墨烯薄膜，薄膜覆蓋于圖形上方；4.在200°C下烘干15min后，便可在襯底圖形處得到圖形化的石墨烯。實施例二制備組合圖形化的石墨烯薄膜1.光刻板與襯底圖樣如圖5所示，圖形為矩形(0. 5X3mm)與正方形QX2mm)的組合圖形，邊界寬度20um，對硅襯底旋涂5um厚膠后光刻、顯影后烘干，利用深反應離子刻蝕對硅襯底刻蝕溝槽30um，刻蝕結束后去膠、清洗、烘干；
2.在Cu箔上利用CVD法制備的大面積高質量石墨烯轉移到去離子水中；3.利用溝槽襯底在溶液中撈取石墨烯薄膜，薄膜覆蓋于溝槽上方；4.在40°C下烘干30min，便可在襯底圖形處得到圖形化的石墨烯，之后可以在正方形區域做上金屬器件而制得條紋石墨烯器件(如圖5所示)。實施例三制備六電極多邊形的石墨烯1.制作溝槽襯底，光刻版圖樣如圖6所示，工藝過程與實施例2中步驟1中的工藝過程相同；2.步驟2，3，4與實施例2中步驟2，3，4相同。本發明提供的對石墨烯進行圖形化的方法主要特征在于1.采用微技術加工工藝中深反應離子刻蝕、微切割技術或濕法腐蝕的方法在襯底上制作出所需要的溝槽圖形，圖形可為線形、圓形、矩形、多邊形、梳齒形等及其組合；2.襯底可為硅片、氧化硅片、陶瓷、玻璃等等；3.圖形邊界為具有一定寬度和深度的溝槽，深寬比> 1. 1 ；3.不同的溝槽刻蝕方法可讓溝槽側壁具有一定形狀與角度，如直角、弧形、斜坡等；4.溶液可為去離子水、酒精、丙酮、四氯化碳或異丙醇等；5.石墨烯為剝離后或者利用化學氣相沉積(CVD)生長后轉移下來的無支撐薄膜樣品；6.石墨烯需完全覆蓋圖形表面；7.利用轉移后烘干時利用溶液的表面張力使得石墨烯在溝槽處斷裂，精確定位襯底上的石墨烯位置。實現本發明的技術方案總結為1.根據所需要的圖形繪制光刻板，圖形邊界留有0. I-IOOum的寬度，用于后續刻蝕溝槽，在硅襯底上涂膠、光刻、顯影、烘干，利用深反應離子刻蝕、微切割技術或濕法腐蝕對襯底圖形進行刻蝕溝槽，刻蝕深度0. ll_200um，刻蝕結束后去膠、清洗、烘干，溝槽側壁具有一定形狀與角度(襯底溝槽剖面圖如圖1所示)；2.將機械剝離法或者CVD法得到的石墨烯薄膜轉移到溶液中，使其漂浮在溶液表3.將圖形化的襯底直接在溶液中撈取漂浮的石墨烯薄膜，使石墨烯定位在襯底圖形表面；4.在30_400°C的溫度下烘干5-60min，溝槽上方的石墨烯便會由于溶液的表面張力而發生斷裂剝離，從而在邊界區域內得到圖形化的石墨烯。流程圖如圖3所示。本發明的優點如下1.本發明可以在襯底上精確定位圖形化石墨烯的位置；2.本發明無需對石墨烯膜進行后續的光刻、刻蝕等工藝，不會對石墨烯造成物理損傷與破壞，成本也較低；3.本發明可以很容易實現對圖形化石墨烯的大規模集成。上述對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于這里的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對于本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.石墨烯的圖形化方法，其特征在于，包括以下步驟1)在襯底上制作出溝槽形成所需圖形；2)制備大面積石墨烯薄膜并轉移到溶液中；3)將石墨烯薄膜從溶液中轉移到具有溝槽圖形的襯底上；4)烘干直至石墨烯薄膜在溝槽上斷裂，從而得到所需要的圖形化石墨烯t
2.如權利要求1所述的石墨烯的圖形化方法，其特征在于，所述步驟1 為線形、圓形、矩形、正方形、多邊形、梳齒形及其組合。
3.如權利要求1所述的石墨烯的圖形化方法，其特征在于，所述步驟1 片、氧化硅片、陶瓷、玻璃或SOI片。
4.如權利要求1所述的石墨烯的圖形化方法，其特征在于，所述步驟1 胃t匕〉1. 1。
5.如權利要求1所述的石墨烯的圖形化方法，其特征在于，所述步驟1 橫截面為直角、弧形或斜坡。
6.如權利要求1所述的石墨烯的圖形化方法，其特征在于，所述步驟1 深反應離子刻蝕、微切割技術或濕法腐蝕方法形成。
7.如權利要求1所述的石墨烯的圖形化方法，其特征在于，所述步驟2 離子水、酒精、丙酮、四氯化碳或異丙醇。
8.如權利要求1所述的石墨烯的圖形化方法，其特征在于，所述步驟2 為剝離后或者利用化學氣相沉積(CVD)生長后轉移下來的無支撐薄膜樣品
9.如權利要求1所述的石墨烯的圖形化方法，其特征在于，所述步驟3 形化的襯底直接在溶液中撈取漂浮的石墨烯薄膜，使石墨烯定位在襯底圖形表
10.如權利要求1所述的石墨烯的圖形化方法，其特征在于，所述步驟4 30-400°C的溫度下烘干5-60min。中的所需圖形中的襯底為硅中的溝槽的深中的溝槽側壁中溝槽是采用中的溶液為去中石墨烯薄膜具體是指將圖中的烘干是指
全文摘要
本發明公開了一種在襯底上開具溝槽，再利用這些溝槽對石墨烯進行圖形化的方法。該方法包括如下步驟利用微加工技術中的深反應離子刻蝕、微切割技術或濕法腐蝕在襯底上制作出以溝槽為邊界的圖形結構；將無支撐的大面積石墨烯薄膜從溶液中轉移到具有溝槽的圖形化襯底上；烘干襯底與石墨烯，利用溶液的表面張力使溝槽區域的石墨烯斷裂，得到所需要的圖形化石墨烯。該方法可以在襯底上精準確定圖形化石墨烯的位置，并且無需對石墨烯進行光刻刻蝕等處理，避免了對石墨烯晶格質量造成損害，解決以往石墨烯圖形化過程中成本高、定位難、易受污染等問題。
文檔編號H01L21/02GK102263013SQ20111021869
公開日2011年11月30日 申請日期2011年8月1日 優先權日2011年8月1日
發明者李鐵, 王文榮, 王躍林 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所