[发明专利]一种在绝缘衬底上直接制备石墨烯的方法

说明书

本发明提供一种在绝缘衬底上直接制备石墨烯的方法，所述制备方法包括：步骤1)提供一绝缘衬底；步骤2)于所述绝缘衬底的上表面由下至上依次形成锗层和石墨烯层；以及步骤3)对步骤2)所得结构中的所述锗层进行氧化挥发处理，以去除所述锗层，实现于所述绝缘衬底上直接形成石墨烯层。通过本发明提供的一种在绝缘衬底上直接制备石墨烯的方法，解决了现有采用转移法和催化生长法制备绝缘衬底上石墨烯时存在的诸多问题。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别是涉及一种在绝缘衬底上直接制备石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，是目前非常火的信息功能二维材料，其具有表面积大，电子迁移率高，电子噪声低等优良特性，是集成电路中的明星材料。

传统制备石墨烯的方法一般是：采用化学气相沉积工艺(CVD)于金属衬底上直接生长石墨烯；但由于绝缘衬底上石墨烯(GrOI graphene on insulator)具有很好的质量，同时绝缘衬底可以消除半导体材料和衬底的电耦合效应，能够起到将石墨烯与衬底绝缘，防止漏电的目的，是实现集成电路的理想衬底；因此，直接稳定地制备绝缘衬底上石墨烯是急需要解决的问题。

目前绝缘衬底上制备石墨烯的方法一般包括转移法和催化生长法，其中，转移法是先在金属衬底上生长石墨烯，然后再将石墨烯通过辅助胶层(PMMA)转移至绝缘衬底上；但是在转移过程中，辅助胶层(PMMA)很难被去除干净，而且转移过程中很容易造成石墨烯破裂，很难做到石墨烯的大尺寸转移。催化生长法是在绝缘衬底上先沉积金属催化层，然后在生长石墨烯的过程中，将金属催化层蒸发掉；虽然通过催化生长法能够得到质量较好的石墨烯，但因其工艺不稳定，成功率很低，很难进行稳定生产。

鉴于此，有必要设计一种新的在绝缘衬底上直接制备石墨烯的方法用以解决上述技术问题。

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在绝缘衬底上直接制备石墨烯的方法，用于解决现有采用转移法和催化生长法制备绝缘衬底上石墨烯时存在的诸多问题。

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直接制备石墨烯的方法，所述制备方法包括：

步骤1)提供一绝缘衬底；

步骤2)于所述绝缘衬底的上表面由下至上依次形成锗层和石墨烯层；

步骤3)对步骤2)所得结构中的所述锗层进行氧化挥发处理，以去除所述锗层，实现于所述绝缘衬底上直接形成石墨烯层。

可选地，在步骤2)中，采用电子束蒸发工艺、磁控溅射工艺或Smart-Cut工艺于所述绝缘衬底的上表面形成所述锗层。

可选地，采用Smart-Cut工艺形成所述锗层的具体方法包括：

步骤2.1)提供一锗片；

步骤2.2)采用离子注入工艺对所述锗片进行离子注入，以使离子注入至所述锗片的预设深度；

步骤2.3)将步骤2.2)所得结构与所述绝缘衬底进行键合，并通过退火以加固键合，同时在退火过程中，于所述锗片的预设深度附近形成一薄层氢气，以在氢气的作用下，将氢气层以上的锗片转移到所述绝缘衬底上，实现于所述绝缘衬底上形成所述锗层。

可选地，在步骤2.3)中，退火温度为300℃～500℃。

可选地，所述锗层的厚度不小于600nm。

可选地，在步骤2)中，采用化学气相沉积工艺于所述锗层的上表面形成所述石墨烯层。

可选地，所述石墨烯层为单层石墨烯。