一種cvd石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及石墨烯薄膜微結(jié)構(gòu)制備領域，特別是涉及一種CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇 優(yōu)選取的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自2004年兩位在俄羅斯出生的科學家Andre Geim和Konstantin Novoselov發(fā) 表第一篇有關(guān)石墨烯的論文后，石墨烯在科學界激起了巨大的波瀾，它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代 電子科技領域引發(fā)新一輪革命。石墨烯（Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成 六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上最薄 卻也是最堅硬的納米材料，它具有高透光率、高電子遷移率、高電流密度、高機械強度、易于 修飾等等優(yōu)點。另外，因為它的電阻率極低，電子跑的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展出 更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。
[0003] 由于石墨烯具備上述很多優(yōu)越的性能，正因為這些特性，它被公認為制造透明導 電薄膜、高頻晶體管、儲氫電池，乃至集成電路的理想材料，具有廣闊的市場應用前景。根 據(jù)石墨烯超薄，強度超大的特性，石墨烯可被廣泛應用于各領域，比如超輕防彈衣，超薄超 輕型飛機材料等。根據(jù)其優(yōu)異的導電性，使它在微電子領域也具有巨大的應用潛力。石墨 烯有可能會成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機，碳元素更高 的電子遷移率可以使未來的計算機獲得更高的速度。另外石墨烯材料還是一種優(yōu)良的改性 劑，在新能源領域如超級電容器、鋰離子電池方面，由于其高傳導性、高比表面積，可適用于 作為電極材料助劑。
[0004] CVD石墨烯(采用化學氣相沉積法制備的石墨烯)具有大的連續(xù)面積和較高的電學 性質(zhì)，因此，CVD石墨烯在微電子器件量產(chǎn)方面具有巨大的應用前景。CVD石墨烯薄膜中存 在很多諸如晶界、褶皺、破損等缺陷，這些缺陷是影響CVD石墨烯質(zhì)量的主要原因，尤其是 對微納米級的小尺寸器件影響更大。因此，在石墨烯微納米器件制備中，如果可以避開這些 缺陷，便可以使器件性能得到較大提高。由于前邊提到的那些缺陷尺寸在納米級，需要超高 放大倍數(shù)的原子力顯微鏡才能觀察到，在器件制備的時候很難避開。
[0005] 因此，本發(fā)明提供一種CVD石墨烯區(qū)域擇優(yōu)選取的方法，主要思想是利用完美石 墨烯相對缺陷處的石墨烯性質(zhì)更加穩(wěn)定這一事實，通過讓CVD石墨烯與其他物質(zhì)反應，將 有缺陷的石墨烯刻蝕掉，剩下的石墨烯質(zhì)量更高，從而達到區(qū)域擇優(yōu)選取的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種CVD石墨烯薄膜區(qū)域 擇優(yōu)選取的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中CVD石墨烯薄膜中存在大量的缺陷區(qū)域，容易導致 使用其所制備的石墨烯器件性能降低的問題。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取 的方法，至少包括以下步驟：
[0008] 1)提供一長有CVD石墨稀的金屬襯底；
[0009] 2)將長有石墨烯的金屬襯底置于反應腔中，并于保護氣體氣氛中將所述生長襯底 加熱至預設溫度；
[0010] 3)通入反應氣體，于預設氣壓下使該反應氣體與所述石墨烯反應預設時間，使石 墨烯中的缺陷區(qū)域被刻蝕去除。
[0011] 作為本發(fā)明CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法的一種優(yōu)選方案，還包括步驟4) 將反應后的石墨烯轉(zhuǎn)移至目標襯底表面。
[0012] 作為本發(fā)明CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法的一種優(yōu)選方案，所述生長襯底 為銅、鈷、鎳中的一種，或者含有其中元素的合金。
[0013] 作為本發(fā)明CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法的一種優(yōu)選方案，步驟1)所述的 石墨烯包括連續(xù)的石墨烯薄膜以及不連續(xù)的石墨烯單晶中的一種或兩種。
[0014] 作為本發(fā)明CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法的一種優(yōu)選方案，所述預設溫度 的范圍為20~1200°C。
[0015] 作為本發(fā)明CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法的一種優(yōu)選方案，所述預設氣壓 的范圍為〇· 1~7600torr。
[0016] 作為本發(fā)明CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法的一種優(yōu)選方案，所述預設時間 的范圍為0. 1~99999min。
[0017] 作為本發(fā)明CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法的一種優(yōu)選方案，所述反應氣體 包括氫氣、氨氣、氧氣中的一種或兩種以上組合。
[0018] 作為本發(fā)明CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法的一種優(yōu)選方案，所述的缺陷區(qū) 域包括石墨烯中的單晶晶界、表面褶皺、斷裂、孔洞及破損中的一種或兩種以上組合。
[0019] 作為本發(fā)明CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法的一種優(yōu)選方案，所述保護氣體 包括氮氣及氬氣中的一種或組合。
[0020] 如上所述，本發(fā)明提供一種CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法，包括以下步驟： 1)提供一長有CVD石墨烯的金屬襯底；2)將長有石墨烯的金屬襯底置于反應腔中，并于保 護氣體氣氛中將所述金屬襯底加熱至預設溫度；3)通入反應氣體，于預設氣壓下使該反應 氣體與所述石墨稀反應預設時間，使石墨稀中的缺陷區(qū)域被刻蝕去除；4)將反應后的石墨 烯轉(zhuǎn)移至目標襯底表面，獲得質(zhì)量較高的石墨烯材料。本發(fā)明通過對生長襯底上的CVD石 墨烯薄膜進行原位刻蝕，將有缺陷的石墨烯刻蝕掉，留下質(zhì)量更高的石墨烯材料；本發(fā)明的 方法重復性高、簡單易行，并且可控性強，適合微電子應用的工業(yè)制備。
【附圖說明】
[0021] 圖1顯示為本發(fā)明的CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法所采用的反應腔的結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0022] 圖2顯示為本發(fā)明的CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法步驟流程示意圖。
[0023] 圖3顯示為本發(fā)明的CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法中，反應前的石墨烯光 鏡圖。
[0024] 圖4示為本發(fā)明實施例1中的CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法中，反應后的 石墨烯的光鏡圖。
[0025] 圖5示為本發(fā)明實施例2中的CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法中，反應后的 石墨烯的光鏡圖。
[0026] 元件標號說明
[0027]
【主權(quán)項】
1. 一種CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 提供一長有CVD石墨稀的金屬襯底； 2) 將長有石墨烯的金屬襯底置于反應腔中，并于保護氣體氣氛中將所述生長襯底加熱 至預設溫度； 3) 通入反應氣體，于預設氣壓下使該反應氣體與所述石墨烯反應預設時間，使石墨烯 中的缺陷區(qū)域被刻蝕去除。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法，其特征在于：還包括 步驟4)將反應后的石墨烯轉(zhuǎn)移至目標襯底表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法，其特征在于：所述金 屬襯底為銅、鈷、鎳中的一種或者包含其中元素的合金。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法，其特征在于：步驟1) 所述的石墨烯包括連續(xù)的石墨烯薄膜以及不連續(xù)的石墨烯單晶中的一種或兩種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法，其特征在于：所述預 設溫度的范圍為20~1200°C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法，其特征在于：所述預 設氣壓的范圍為〇? 1~7600torr。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法，其特征在于：所述預 設時間的范圍為〇. 1~99999min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法，其特征在于：所述反 應氣體包括氫氣、氨氣、氧氣中的一種或兩種以上組合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法，其特征在于：所述的 缺陷區(qū)域包括石墨烯中的單晶晶界、表面褶皺、斷裂、孔洞及破損中的一種或兩種以上組 合。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的CVD石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法，其特征在于：所述保 護氣體包括氮氣及氦氣中的一種或組合。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種化學氣相沉積法（CVD）石墨烯薄膜區(qū)域擇優(yōu)選取的方法，包括以下步驟：1）提供一長有CVD石墨烯的金屬襯底；2）將長有石墨烯的生長襯底置于反應腔中，并于保護氣體氣氛中將所述生長襯底加熱至預設溫度；3）通入反應氣體，于預設氣壓下使該反應氣體與所述石墨烯反應預設時間，使石墨烯中的缺陷區(qū)域被刻蝕去除；4）將反應后的石墨烯轉(zhuǎn)移至目標襯底表面，獲得質(zhì)量較高的石墨烯材料。本發(fā)明通過對生長襯底上的CVD石墨烯薄膜進行原位刻蝕，將有缺陷的石墨烯刻蝕掉，留下質(zhì)量更高的石墨烯材料；本發(fā)明的方法重復性高、簡單易行，并且可控性強，適合微電子應用的工業(yè)制備。
【IPC分類】C23C16-56, C01B31-04, C30B33-12
【公開號】CN104805419
【申請?zhí)枴緾N201410032316
【發(fā)明人】張燕輝, 于廣輝, 陳志鎣, 王斌, 隋妍萍, 張浩然, 張亞欠, 李曉良
【申請人】中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年1月23日