[发明专利]一种绝缘体上石墨烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于低维材料和新材料领域，涉及一种绝缘体上石墨烯的制备方法。

背景技术

自从2004年英国曼彻斯特大学的两位科学家使用微机械剥离的方法发现石墨烯以来，石墨烯的出现激起了巨大的波澜。石墨烯，即石墨的单原子层，是碳原子按蜂窝状排列的二维结构。石墨烯在物理、化学、力学等性能方面无与伦比的优势，尤以电学特性最为突出，有三个最具优势的特点：透明、柔韧、导电性强，甚至已经呈现出石墨烯替代硅的趋势。

目前发展的常规的石墨烯制备方法有：微机械剥离、热解碳化硅(SiC)、在过渡金属及重金属上的化学气相沉积(CVD)以及化学插层氧化法。微机械剥离法可以制备高质量的石墨烯，但是目前此方法制备的石墨烯面积小于1mm×1mm，只能用于基础实验研究；SiC升华法制备的石墨烯受衬底的影响很大，层数不均一，无法进行衬底转移；CVD法是一种适于制备大面积、高质量、连续石墨烯薄膜的方法。

目前CVD方法主要在过渡金属上制备石墨烯。石墨烯生长完成以后为了满足不同的应用需求需要将制备的石墨烯转移到相应的绝缘衬底上。绝缘体上石墨烯在下一代晶体管、透明导电膜、传感器等领域显示了巨大的应用潜力

石墨烯的转移过程本身是一个复杂且高成本的过程，这对于大规模量产是非常不利的；同时在转移过程中缺陷及杂质引入不可避免，这大大降低了石墨烯质量，不利于绝缘体上石墨烯的应用。理想的转移技术应具有如下特点：1)确保转移后的石墨烯结构完整、无损；2)在转移过程中对石墨烯无污染；3)工艺稳定，具有重复性。

因此，如何提供一种绝缘体上石墨烯的制备方法，以减少石墨烯的破损及缺陷，得到高质量的绝缘体上石墨烯，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种绝缘体上石墨烯的制备方法，用于解决现有技术中石墨烯在转移至绝缘衬底上，石墨烯会受到不同程度损坏，导致绝缘体上石墨烯质量不高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种绝缘体上石墨烯的制备方法，包括：

提供一锗催化衬底；将所述锗催化衬底放入生长腔室，往所述生长腔室内通入含氢气氛，以在所述锗催化衬底表面形成Ge-H键；

将所述催化衬底加热至预设温度，并往所述生长腔室内通入碳源，在所述锗催化衬底表面生长得到石墨烯；

提供一绝缘衬底，将所述锗催化衬底形成有石墨烯的一面与所述绝缘衬底键合，得到自下而上依次由绝缘衬底、石墨烯及锗催化衬底叠加而成的键合片；

微波处理所述键合片，以使所述Ge-H键断裂，生成氢气，使得所述石墨烯从所述锗催化衬底上剥离，转移至所述绝缘衬底表面，得到绝缘体上石墨烯。

可选地，所述绝缘衬底包括二氧化硅、氮化硅、蓝宝石、碳化硅、钛酸锶、玻璃、氧化铪、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或聚酰亚胺类树脂。

可选地，所述含氢气氛为氢气与氩气的混合气。

可选地，所述预设温度的范围是800～920℃。

可选地，所述碳源包括甲烷、乙烯、乙炔、苯及PMMA中的至少一种。

可选地，所述键合基底的材料包括Si、SiGe或III-V族材料。

可选地，在非氧化性保护气氛下微波处理所述键合片。

可选地，所述非氧化保护气氛包括氩气及氮气中的至少一种。

可选地，微波处理所述键合片的温度范围是100～300℃。

可选地，键合之前，对所述绝缘衬底的待键合面进行氮气等离子体处理。

可选地，键合之前，对所述石墨烯表面进行氮气等离子体处理。

可选地，通过热化学气相沉积法、低压化学气相沉积法或等离子增强化学气相沉积法在所述锗催化基底表面生长出所述石墨烯。

可选地，所述石墨烯为单层石墨烯。