一種轉(zhuǎn)移石墨烯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于低維材料和新材料領(lǐng)域，涉及一種轉(zhuǎn)移石墨烯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家使用微機(jī)械剝離的方法發(fā)現(xiàn)石墨烯以來(lái)，石墨烯的出現(xiàn)激起了巨大的波瀾。石墨烯，即石墨的單原子層，是碳原子按蜂窩狀排列的二維結(jié)構(gòu)。石墨烯在物理、化學(xué)、力學(xué)等性能方面無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)，尤以電學(xué)特性最為突出，有三個(gè)最具優(yōu)勢(shì)的特點(diǎn):透明、柔韌、導(dǎo)電性強(qiáng)，甚至已經(jīng)呈現(xiàn)出石墨烯替代硅的趨勢(shì)。
[0003]目前發(fā)展的常規(guī)的石墨烯制備方法有:微機(jī)械剝離、熱解碳化硅(SiC)、在過(guò)渡金屬及重金屬上的化學(xué)氣相沉積(CVD)以及化學(xué)插層氧化法。微機(jī)械剝離法可以制備高質(zhì)量的石墨稀，但是目前此方法制備的石墨稀面積小于1_X 1_，只能用于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究；SiC升華法制備的石墨烯受襯底的影響很大，層數(shù)不均一，無(wú)法進(jìn)行襯底轉(zhuǎn)移；CVD法是一種適于制備大面積、高質(zhì)量、連續(xù)石墨烯薄膜的方法，然而CVD制備的在金屬襯底上的石墨烯為了實(shí)現(xiàn)在集成電路中的應(yīng)用，往往需要轉(zhuǎn)移到其他襯底上。在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移過(guò)程中，石墨烯會(huì)受到不同程度的損壞。例如將過(guò)渡金屬上制備的石墨烯轉(zhuǎn)移到其他基底上，連續(xù)轉(zhuǎn)移過(guò)程中使用濕法化學(xué)轉(zhuǎn)移，缺陷不可避免的被引入，石墨烯表面的微觀結(jié)構(gòu)的破損極大地降低了石墨烯電子迀移率。理想的轉(zhuǎn)移技術(shù)應(yīng)具有如下特點(diǎn):1)確保轉(zhuǎn)移后的石墨烯結(jié)構(gòu)完整、無(wú)損；2)在轉(zhuǎn)移過(guò)程中對(duì)石墨烯無(wú)污染；3)工藝穩(wěn)定，具有重復(fù)性。
[0004]因此，如何提供一種轉(zhuǎn)移石墨烯方法，以減少石墨烯的破損，并實(shí)現(xiàn)大尺寸石墨烯的轉(zhuǎn)移，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種轉(zhuǎn)移石墨烯的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中將石墨烯轉(zhuǎn)移到其他襯底上，石墨烯會(huì)受到不同程度損壞的問(wèn)題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)移石墨烯的方法，包括:
[0007]提供一鍺催化襯底；將所述鍺催化襯底放入生長(zhǎng)腔室，往所述生長(zhǎng)腔室內(nèi)通入含氫氣氛，以在所述鍺催化襯底表面形成Ge-H鍵；
[0008]將所述催化襯底加熱至預(yù)設(shè)溫度，并往所述生長(zhǎng)腔室內(nèi)通入碳源，在所述鍺催化襯底表面生長(zhǎng)得到石墨烯；
[0009]提供一鍵合基底，將所述鍺催化襯底形成有石墨烯的一面與所述鍵合基底鍵合，得到自下而上依次由鍵合基底、石墨烯及鍺催化襯底疊加而成的鍵合片；
[0010]微波處理所述鍵合片，以使所述Ge-H鍵斷裂，生成氫氣，使得所述石墨烯從所述鍺催化襯底上剝離，轉(zhuǎn)移至所述鍵合基底表面。
[0011]可選地，所述鍺催化襯底包括體鍺、絕緣體上鍺、體娃上外延鍺或II1-V族材料上外延鍺。
[0012]可選地，所述含氫氣氛為氫氣與氬氣的混合氣。
[0013]可選地，所述預(yù)設(shè)溫度的范圍是800?920°C。
[0014]可選地，所述碳源包括甲烷、乙烯、乙炔、苯及PMMA中的至少一種。
[0015]可選地，所述鍵合基底的材料包括S1、SiGe或II1-V族材料。
[0016]可選地，在非氧化性保護(hù)氣氛下微波處理所述鍵合片。
[0017]可選地，所述非氧化保護(hù)氣氛包括氬氣及氮?dú)庵械闹辽僖环N。
[0018]可選地，微波處理所述鍵合片的溫度范圍是100?300°C。
[0019]可選地，鍵合之前，對(duì)所述鍵合基底的待鍵合面進(jìn)行氮?dú)獾入x子體處理。
[0020]可選地，鍵合之前，對(duì)所述石墨烯表面進(jìn)行氮?dú)獾入x子體處理。
[0021]可選地，通過(guò)熱化學(xué)氣相沉積法、低壓化學(xué)氣相沉積法或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在所述鍺催化基底表面生長(zhǎng)出所述石墨烯。
[0022]可選地，所述石墨烯為單層石墨烯。
[0023]如上所述，本發(fā)明的轉(zhuǎn)移石墨烯的方法，具有以下有益效果:本發(fā)明通過(guò)將所述鍺催化襯底形成有石墨烯的一面與所述鍵合基底鍵合，得到自下而上依次由鍵合基底、石墨烯及鍺催化襯底疊加而成的鍵合片；并通過(guò)微波處理所述鍵合片，其中，微波處理具有高效加熱的特點(diǎn)，是一種內(nèi)部整體加熱，具有快速、簡(jiǎn)單、均勻和高效的特點(diǎn)，可以使所述Ge-H鍵斷裂，生成氫氣，使得所述石墨烯從所述鍺催化襯底上剝離，轉(zhuǎn)移至所述鍵合基底表面。本發(fā)明的轉(zhuǎn)移石墨烯的方法可將石墨烯輕松轉(zhuǎn)移至多種襯底上，無(wú)需經(jīng)過(guò)濕法反應(yīng)過(guò)程，減少了缺陷的引入，且石墨烯轉(zhuǎn)移過(guò)程中始終有載體支撐，最大程度保留了石墨烯的完整性，特別有利于大尺寸石墨烯的轉(zhuǎn)移。石墨烯轉(zhuǎn)移之后，所述鍺催化襯底可重復(fù)利用，有利于節(jié)省材料，更為環(huán)保。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1顯示為本發(fā)明的轉(zhuǎn)移石墨烯的方法的工藝流程圖。
[0025]圖2顯示為本發(fā)明的轉(zhuǎn)移石墨烯的方法在鍺催化襯底表面形成Ge-H鍵的示意圖。
[0026]圖3顯示為本發(fā)明的轉(zhuǎn)移石墨烯的方法在鍺催化襯底表面生長(zhǎng)得到石墨烯的示意圖。
[0027]圖4顯示為本發(fā)明的轉(zhuǎn)移石墨烯的方法將鍺催化襯底形成有石墨烯的一面與鍵合基底鍵合的不意圖。
[0028]圖5顯示為本發(fā)明的轉(zhuǎn)移石墨烯的方法微波處理鍵合片的示意圖。
[0029]圖6顯示為本發(fā)明的轉(zhuǎn)移石墨烯的方法將鍺催化襯底掀掉的示意圖。
[0030]圖7顯示為本發(fā)明的轉(zhuǎn)移石墨烯的方法轉(zhuǎn)移至鍵合基底表面的石墨烯的示意圖。
[0031]元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0032]SI ?S4 步驟
[0033]I鍺催化襯底
[0034]2Ge-H 鍵
[0035]3石墨烯
[0036]4鍵合基底
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0038]請(qǐng)參閱圖1至圖7。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0039]本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)移石墨烯的方法，請(qǐng)參閱圖1，顯示為該方法的工藝流程圖，包括如下步驟:
[0040]S1:提供一鍺催化襯底；將所述鍺催化襯底放入生長(zhǎng)腔室，往所述生長(zhǎng)腔室內(nèi)通入含氫氣氛，以在所述鍺催化襯底表面形成Ge-H鍵；
[0041]S2:將所述催化襯底加熱至預(yù)設(shè)溫度，并往所述生長(zhǎng)腔室內(nèi)通入碳源，在所述鍺催化襯底表面生長(zhǎng)得到石墨烯；
[0042]S3:提供一鍵合基底，將所述錯(cuò)催化襯底形成有石墨稀的一面與所述鍵合基底鍵合，得到自下而上依次由鍵合基底、石墨烯及鍺催化襯底疊加而成的鍵合片；
[0043]S4:微波處理所述鍵合片，以使所述Ge-H鍵斷裂，生成氫氣，使得所述石墨烯從所述鍺催化襯底上剝離，轉(zhuǎn)移至所述鍵合基底表面。
[0044]首先請(qǐng)參閱圖2，執(zhí)行步驟S1:提供一鍺催化襯底I ;將所述鍺催化襯底I放入生長(zhǎng)腔室，往所述生長(zhǎng)腔室內(nèi)通入含氫氣氛，以在所述鍺催化襯底I表面形成Ge-H鍵2。
[0045]具體的，所述鍺催化襯底I是指表面具有Ge材料的基底，包括但不限于體鍺、絕緣體上鍺、體硅上外延鍺或II1-V族材料上外延鍺等。作為示例，所述鍺催化襯底I采用鍺片。在將所述鍺催化襯底I放入生長(zhǎng)腔室之前，可對(duì)所述鍺催化襯底I進(jìn)行常規(guī)的清洗處理。
[0046]所述含氫氣氛優(yōu)選采用氫氣與氬氣的混合氣，其作用主要有四方面:(I)在后續(xù)所述鍺催化襯底升溫至石墨烯生長(zhǎng)溫度的過(guò)程中，氫氣與鍺催化襯底表面的反應(yīng)，形成所述Ge-H鍵2 ; (2)作為后續(xù)化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)石墨烯的載氣，促進(jìn)石墨烯的生長(zhǎng)，減少石墨烯缺陷；(3)在生長(zhǎng)腔室內(nèi)形成氫氣飽和壓，使得鍺催化襯底在升溫及石墨烯生長(zhǎng)過(guò)程中，表面始終形成有Ge-H鍵；(4)去除鍺催化襯底表面的氧化層及其它雜質(zhì)，為石墨烯生長(zhǎng)提供潔凈的表面。
[0047]然后請(qǐng)參閱圖3，執(zhí)行步驟S2:將所述催化襯底I加熱至預(yù)設(shè)溫度，并往所述生長(zhǎng)腔室內(nèi)通入碳源，在所述鍺催化襯底I表面生長(zhǎng)得到石墨烯3。