[发明专利]一种转移石墨烯薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种转移石墨烯薄膜的方法。

背景技术

从2004年英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫开创性地在实验中从石墨中分离出石墨烯，石墨烯作为一种新兴的材料受到世界范围的关注，有关石墨烯的研究和应用也是层出不穷。

石墨烯是由一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，是世界上最薄的二维材料，理想的石墨烯为单层原子层的碳原子按照正六边形周期排布形成。这种特殊结构蕴含了丰富的物理现象，使石墨烯表现出许多优异性质：如超高机械强度、高载流子迁移率、高热导率等。由于石墨烯具有性能优异、成本低廉、可加工性好等众多优点，人们普遍预测石墨烯将在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景，可望在21世纪掀起一场新的技术革命。

石墨烯薄膜的制备技术主要包括曼彻斯特大学最早使用的胶带撕裂法、SiC高温热分解法、基于金属催化剂的化学气相淀积CVD法、化学氧化还原法等，其中以基于金属催化剂的化学气相淀积CVD法在薄膜应用领域研究较为广泛。基于金属催化剂的化学气相淀积CVD法制备完石墨烯薄膜后一般需要从初始衬底上将其转移至目标衬底上，然后再进行其他工艺加工。因此，石墨烯薄膜的转移工艺直接关系着石墨烯薄膜的最终质量和性质。

目前转移石墨烯薄膜的技术主要有：roll-to-roll热压转移法和湿法金属腐蚀转移法、电化学转移法。Roll-to-roll热压转移法一般用于目标衬底为柔性衬底的材料，而后两种则是针对目标衬底为刚性衬底材料，本发明所指衬底是针对刚性衬底材料。

湿法金属腐蚀转移法和电化学转移法，这两种转移方法都需要在制备好的石墨烯表面旋涂一层聚合物：聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，作为支撑体。然后通过金属腐蚀或者电化学的方法将石墨烯薄膜从初始衬底上剥离，转移至目标衬底再除去石墨烯表面作为支撑用的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，从而实现石墨烯薄膜的转移。这些在中国发明CN101996853B和CN102719803A已有说明。然而这种转移方法会产生诸多影响石墨烯薄膜质量的问题。

首先，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA涂层的厚度最厚只能达到几百纳米，这就决定了其作为支撑体的作用较弱。当石墨烯薄膜从初始衬底上剥离后，要在电解溶液或金属腐蚀液中保持舒展的状态直至完成到目标衬底的转移，而厚度仅有几百纳米的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA涂层显然很难胜任这一要求。一旦发生涂层发生断裂或折叠便会造成石墨烯薄膜的褶皱，甚至破损。

其次，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA只是用做石墨烯薄膜转移的过渡支撑体，在石墨烯薄膜转移至目标衬底后需要被溶解去除。实际操作中，在溶解过程中容易发生聚甲基丙烯酸甲酯PMMA去除不净，在石墨烯薄膜上存留残胶的现象，造成转移后的石墨烯薄膜被沾污。

上述情况都将影响转移后石墨烯薄膜的完整性和清洁度，从而影响其性能和使用。

发明内容

本发明所要解决的是，石墨烯薄膜在转移过程中发生破损、褶皱，存在残胶的问题，以提高转移后石墨烯薄膜的完整性和清洁度，改善其性能和使用。

为解决上述问题，本发明提供一种转移石墨烯薄膜的方法，包括四个步骤：

步骤1：在初始衬底上制备石墨烯薄膜；

步骤2：目标衬底与位于初始衬底上的石墨烯薄膜直接贴合对准；

步骤3：将石墨烯薄膜从初始衬底剥离，粘附并转移到目标衬底；

步骤4：对目标衬底上的石墨烯薄膜进行清洗处理。

可选的，所述步骤1中初始衬底为金属或带有负载金属催化剂。

可选的，所述金属或负载金属催化剂由金属：铜Cu、镍Ni、铁Fe、钴Co或铂Pt组成。

可选的，所述金属厚度为10纳米～50微米。

可选的，在所述步骤1中在初始衬底上通过化学气相淀积CVD工艺制备石墨烯薄膜。

可选的，所述步骤2中初始衬底上的石墨烯薄膜与目标衬底直接贴合对准后，用固定部件将两者相对固定。

优选的，所述固定部件为夹具。

可选的，所述步骤2中石墨烯薄膜通过光刻刻蚀工艺形成对准标记实现对准。

可选的，所述步骤3中石墨烯薄膜通过电化学或金属腐蚀的方法从初始衬底剥离。

可选的，所述电化学方法使用浓度为0.1mol/L～10mol/L的氢氧化钠溶液作为电解液，两极偏压16～30V。

优选的，所述偏压为20V。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：