[发明专利]一种针对CVD法制备的石墨烯薄膜的转移方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型材料和半导体工艺技术领域，特别涉及一种针对化学气相淀积方法制备的晶圆级石墨烯薄膜的转移方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子构成的六方点阵蜂窝状二维结构的单原子石墨晶体薄膜，它除了具有CNT的性质外，还具有非常丰富和新颖的物理、化学性质：它热导率高，电子和空穴迁移率大致相当，理论预计高达2x10⁵cm²/V.s，是Si的电子迁移率100倍，是空穴迁移率的300倍，并且，电子迁移率和空穴迁移率与温度无关，二维电子气密度达到10¹³/cm²，饱和漂移速度达到10⁸ cm/s，是Si的6～7倍，其费米速度是光速的1/300。因此，石墨烯被认为是推进微电子技术未来发展的最具潜力的材料和技术。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种利用化学气相淀积法实现晶圆级石墨烯从金属薄膜到任意目标衬底的高质量转移的方法。

为了实现上述目的，本发明提供的针对CVD法制备的石墨烯薄膜的转移方法，所述CVD法制备的石墨烯薄膜包括石墨烯薄膜层/金属层/SiO₂层/Si层，包括以下步骤：

在所述石墨烯薄膜表面悬涂作为支撑层的有机胶体或高分子聚合物；

对悬涂了有机胶体或高分子聚合物的所述石墨烯薄膜进行坚膜；

将所述坚膜完毕后的石墨烯薄膜连同底部基片一起浸泡在去离子水中，使所述金属层和所述SiO₂层分离；

将所述分离后的支撑层/石墨烯薄膜/金属层放入化学腐蚀液中去除金属层；

将所述支撑层/石墨烯薄膜转移到目标衬底上，加热使所述石墨烯薄膜紧贴所述目标衬底；

去除所述支撑层，实现所述石墨烯薄膜的转移。

作为优选，所述高分子聚合物是聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、光刻正胶9912、光刻胶AZ5206中的一种。

作为优选，所述坚膜过程是在100℃~185℃的温度范围下进行的。

作为优选，在对所述金属层和SiO₂层进行过程中，加超声。

作为优选，所述化学腐蚀液为HNO₃，所述HNO₃的浓度为0.1M或者0.25M。

作为优选，所述化学腐蚀液为FeCl₃溶液或者Fe(NO₃)₃溶液，所述FeCl₃溶液或者Fe(NO₃)₃溶液的浓度分别为0.5M或者1M。

作为优选，所述目标衬底是SiO₂衬底、玻璃衬底、金属衬底和PDMS衬底中的一种。

作为优选，去除所述支撑层的步骤包括以下步骤：

先使用MOS级丙酮，后使用MOS级乙醇将所述石墨烯薄膜表面胶体去除；

将所述被去除表面胶体的石墨烯薄膜放入能够提供体积比为1∶1的氢气和氩气环境，400℃的高温腔体中，退火，去除所述石墨烯薄膜表面的残留胶体。

本发明提供的针对CVD法制备的石墨烯薄膜的转移方法的第三步利用去离子水的排解力直接使金属层和SiO₂层分离，与传统的使用BOE溶液腐蚀SiO₂层的方法相比，避免了BOE溶液对金属层的腐蚀，同时也避免了对石墨烯薄膜的污染。

附图说明

图1为本发明实施例提供的采用CVD法制备的的石墨烯薄膜后基片结构图；

图2为本发明实施例提供的针对CVD法制备的石墨烯薄膜的转移方法的工艺流程图。

具体实施方式

为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

附图1为采用CVD法制备的石墨烯薄膜后基片结构，本实施例提供的CVD法制备的石墨烯薄膜包括石墨烯薄膜层/金属Ni层/SiO₂层/Si层。

附图2为本发明实施例提供的针对CVD法制备的石墨烯薄膜的转移方法的工艺流程图，本实施例是将制备在金属镍上的石墨烯薄膜由SiO₂/Si衬底转移到目标衬底上。

具体步骤如下：