[发明专利]一种在绝缘衬底上制备连续单层石墨烯的方法

说明书

本发明提供一种在绝缘衬底上制备连续单层石墨烯的方法，包括：1）提供一绝缘衬底，于所述绝缘衬底上沉积锗薄膜；2）以所述锗薄膜为催化剂，在高温下生长石墨烯，同时，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连续石墨烯。本发明通过绝缘衬底上锗薄膜催化生长石墨烯，并在生长的同时将锗薄膜蒸发去除，获得绝缘体上单层连续石墨烯，克服了传统工艺采用转移方法制备绝缘体上石墨烯所带来的如污染、皱褶等影响，提高了绝缘体上石墨烯材料的质量及性能。采用本发明的方法可以获得大面积单层连续石墨烯。本发明步骤简单，效果显著，在石墨烯制备领域具有广泛的应用前景。

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连续单层石墨烯的方法。

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。

鉴于以上所述，如何能实现一种能在绝缘衬底上制备大面积单层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连续单层石墨烯的方法，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连续单层石墨烯的方法，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)，以所述锗薄膜为催化剂，在高温下生长石墨烯，同时，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连续石墨烯。

作为本发明的在绝缘衬底上制备连续单层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连续单层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连续单层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连续单层石墨烯的方法的一种优选方案，步骤2)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。

作为本发明的在绝缘衬底上制备连续单层石墨烯的方法的一种优选方案，步骤2)中，采用化学气相沉积法于所述锗薄膜表面生长石墨烯。

作为本发明的在绝缘衬底上制备连续单层石墨烯的方法的一种优选方案，步骤2)中，所述高温的温度范围为850～937℃。

作为本发明的在绝缘衬底上制备连续单层石墨烯的方法的一种优选方案，步骤2)中，所述高温的保持时间至少大于所述锗薄膜全部蒸发的时间，所述高温的保持时间范围为30～300min。