[发明专利]一种在绝缘衬底上制备图形石墨烯的方法

说明书

本发明提供一种在绝缘衬底上制备图形石墨烯的方法，包括：1）提供一绝缘衬底，于绝缘衬底上沉积锗薄膜；2）采用光刻刻蚀工艺于锗薄膜中刻蚀出所需图形，形成图形锗薄膜；以及步骤3）以所述图形锗薄膜为催化剂，在高温下生长石墨烯，同时，图形锗薄膜在高温下不断蒸发，并最终被全部去除，获得结合于绝缘衬底上的图形石墨烯。本发明通过在绝缘衬底上制备锗薄膜，并光刻刻蚀所述锗薄膜形成所需图形后，催化生长石墨烯，并在生长的同时将锗薄膜蒸发去除，获得绝缘体上图形石墨烯，克服了采用光刻刻蚀工艺对石墨烯进行刻蚀所带来的光刻胶等污染，提高了绝缘体上图形石墨烯材料的质量及性能。采用本发明的方法可以获得质量很高的图形石墨烯。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯的制备方法，特别是涉及一种在绝缘衬底上制备图形石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，一般的电脑芯片以这种方式浪费了72％-81％的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻常的优良特性。

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。石墨烯在物理、化学、力学等性能方面无与伦比的优势，使其在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域拥有着广阔的应用前景.

目前得到单层大面积石墨烯的制备方法主要为金属(镍、铜等)催化化学气相沉积法，为了电子领域的应用，需要将石墨烯转移到绝缘衬底上，但是目前所用到的转移方法步骤复杂，很容易引起石墨烯的褶皱、污染，势必会降低石墨烯的性能。

为了将石墨烯定义图形，目前常使用的方法是将大面积石墨烯使用传统的光刻刻蚀的方法，而使用氧等离子体刻蚀过的石墨烯表面光刻胶很难去除干净，污染相当严重。因此在绝缘衬底上直接制备图形化的石墨烯是一个很大的挑战。

鉴于以上所述，如何能实现一种能在绝缘衬底上直接制备图形石墨烯的方法具有重要的意义。

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在绝缘衬底上制备图形石墨烯的方法，用于解决现有技术中通过转移的方法制备绝缘衬底上石墨烯容易造成石墨烯性能下降的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种在绝缘衬底上制备图形石墨烯的方法，所述方法包括步骤：步骤1)，提供一绝缘衬底，于所述绝缘衬底上沉积锗薄膜；步骤2)，采用光刻刻蚀工艺于所述锗薄膜中刻蚀出所需图形，形成图形锗薄膜；以及步骤3)，以所述图形锗薄膜为催化剂，在高温下生长石墨烯，同时，图形锗薄膜在高温下不断蒸发，并最终被全部去除，获得结合于绝缘衬底上的图形石墨烯。

作为本发明的在绝缘衬底上制备图形石墨烯的方法的一种优选方案，步骤1)中，所述绝缘衬底包括表面具有氧化硅的硅衬底、蓝宝石衬底以及石英衬底中的一种。

作为本发明的在绝缘衬底上制备图形石墨烯的方法的一种优选方案，步骤1)中，采用磁控溅射的方法于所述绝缘衬底上沉积锗薄膜。

作为本发明的在绝缘衬底上制备图形石墨烯的方法的一种优选方案，步骤1)中，沉积的锗薄膜的厚度范围为10～500nm。

作为本发明的在绝缘衬底上制备图形石墨烯的方法的一种优选方案，步骤2)中，所述锗薄膜被刻蚀的部位为全部去除，直至露出所述绝缘衬底。

作为本发明的在绝缘衬底上制备图形石墨烯的方法的一种优选方案，步骤3)中，以气态碳源为原料于所述锗薄膜表面生长石墨烯。

进一步地，所述气态碳源包括甲烷、乙炔、乙烯中的一种或两种以上的组合。