CN101764051A - 一种石墨烯薄膜的转移方法 - Google Patents
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Abstract
一种石墨烯薄膜的转移方法，属于材料技术领域，涉及石墨烯半导体薄膜材料，尤其涉及将大面积无损伤石墨烯薄膜从制备基片表面转移至目标基片表面的方法。首先将有机胶体旋涂于石墨烯的表面并将其烘干，然后采用化学腐蚀液腐蚀掉原石墨烯薄膜的基片材料，再将石墨烯薄膜与有机胶体的结合体铺展在目标基片上，最后溶解掉有机胶体而完成石墨烯薄膜到目标基片上的转移。本发明提供的石墨烯薄膜的转移方法，可以方便地将大面积石墨烯薄膜转移至任意目标基片上，且不会产生较大的损伤。石墨烯薄膜转移面积可达数平方英寸，且工艺简单、操作方便、成本廉价，可与半导体工艺结合用于制备石墨烯半导体器件。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，涉及石墨烯半导体薄膜材料，尤其涉及将大面积无损伤石墨烯薄膜从制备基片表面转移至目标基片表面的方法。
背景技术
英国曼彻斯特大学Geim教授2004年发现的石墨烯(Graphene)是一种由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状结构的碳质新型薄膜材料。石墨烯薄膜的室温本征电子迁移率可达200000cm2/Vs，是Si(约1400cm2/Vs)的140倍、GaAs(约8500cm2/Vs)的20倍、GaN(约2000cm2/Vs)的100倍。石墨烯薄膜这些优异电学性能，使其在超高频乃至太赫兹电子器件、超级计算机等领域具有巨大、潜在的应用价值，使得石墨烯薄膜的研究具有重要的工程意义。正是因为石墨烯晶体管比硅管更高效，更快而且耗能更低，有预言石墨烯薄膜可能最终取代硅。
要实现这些潜在应用的前提条件是要能够制备大面积、低成本的石墨烯薄膜。化学气相沉积(CVD)法是最重要的制备大面积石墨烯薄膜的方法之一，其工艺简单且成本低廉。但CVD法合成的石墨烯薄膜通常附着在金属基片表面，不利于石墨烯电子器件的加工、制造，必须将石墨烯薄膜转移到目标基片上。
发明内容
本发明提供一种简单、廉价的石墨烯薄膜的转移方法，可以方便地将大面积石墨烯薄膜转移至任意目标基片上，且不会产生较大的损伤。
本发明技术方案如下：
一种石墨烯薄膜的转移方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：在石墨烯薄膜表面旋涂一层有机胶体。
步骤2：将石墨烯薄膜表面旋涂的有机胶体层在50～100℃的温度条件下烘干。
步骤3：将步骤2烘干后的石墨烯薄膜浸入腐蚀溶液中，浸入时使原基片层朝下，而有机胶体层向上；所述腐蚀溶液应选用对原基片具有腐蚀性能的溶液。
步骤4：待原基片被腐蚀溶液腐蚀掉后，将悬浮在腐蚀溶液表面的石墨烯薄膜和有机胶体层的结合体转入去离子水中清洗，以去掉残留的腐蚀溶液；清洗时应保证有机胶体层朝上而石墨烯薄膜朝下。
步骤5：将经步骤4清洗后的石墨烯薄膜和有机胶体层的结合体均匀铺展在目标基片上，使石墨烯薄膜与目标基片表面紧贴在一起，然后在60～100℃的温度条件下烘干。
步骤6：采用去胶溶剂浸泡或蒸汽除去石墨烯薄膜表面的有机胶体层，得到转移至目标基片表面的石墨烯薄膜。
上述方案中，步骤1使用的有机胶体可以是光刻胶、电子蚀刻胶、聚酰亚胺或PDMS；步骤4使用的目标基片可以是金属基片、半导体基片、氧化物基片或塑料基片；步骤6使用的去胶溶剂可以为丙酮、乙醇或异丙醇。
实验发现，步骤6去除石墨烯薄膜表面的有机胶体层时，若直接采用去胶溶剂浸泡或蒸汽除去石墨烯薄膜表面的有机胶体层，如果去胶溶剂浓度过大或去胶时浸泡时间过长，可能会对石墨烯薄膜造成损伤；若先在需要去除的有机胶体层表面滴加与该有机胶体层相同的液态有机胶体，待滴加的液态有机胶体润湿有机胶体层后，再采用去胶溶剂浸泡或蒸汽就更容易除去石墨烯薄膜表面的有机胶体层，而不至于对石墨烯薄膜造成损伤。
本发明提供的石墨烯薄膜的转移方法，可以方便地将大面积石墨烯薄膜转移至任意目标基片上，且不会产生较大的损伤。石墨烯薄膜转移面积可达数平方英寸，且工艺简单、操作方便、成本廉价，可与半导体工艺结合用于制备石墨烯半导体器件。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为附着在铜基片上的石墨烯薄膜光学照片(a)及其拉曼图谱(b)。
图3为将石墨烯薄膜从铜基片上转移至二氧化硅/硅基片上的光学照片(a)及其拉曼图谱(b)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：将金属铜基片上的石墨烯薄膜转移至氧化硅或硅基片上
首先在石墨烯薄膜表面旋涂一层电子蚀刻胶(PMMA)，于80℃温度条件下，烘干5分钟；再将其浸泡于质量分数为10％的硝酸铁水溶液中，直到铜腐蚀完后，将悬浮在腐蚀溶液表面的石墨烯薄膜和有机胶体层的结合体转入去离子水中清洗，以去掉残留的腐蚀溶液；清洗时应保证有机胶体层朝上而石墨烯薄膜朝下；然后将石墨烯薄膜和有机胶体层的结合体均匀铺展在氧化硅或硅目标基片上，使石墨烯薄膜与目标基片表面紧贴在一起，然后在80℃的温度条件下烘干5分钟；最后采用丙酮浸泡，直到PMMA胶完全溶解，得到转移至目标基片表面的石墨烯薄膜。由图3可见，通过该方法转移的石墨烯较均匀损伤小。对比转移前后的拉曼图谱，可见石墨烯特征峰：G峰及2D峰均未发生变化，即石墨烯薄膜转移前后并没有影响其结构特性。
实施例2：将在金属铜上的石墨烯薄膜转移至塑料基片上
具体步骤与实施例1类似，但采用的目标基片为塑料基片。
实施例3：将在金属铜上的石墨烯薄膜转移至不锈钢基片上
具体步骤与实施例1类似，但采用的目标基片为不锈钢基片。
实施例4：将在金属铜上的石墨烯薄膜转移至氮化镓基片上
具体步骤与实施例1类似，但采用的目标基片为氮化镓基片。
实施例5：将在金属镍上的石墨烯薄膜转移至氧化硅/硅基片上
具体步骤与实施例1类似，但采用的有机胶体为光刻胶。
实施例6：将在金属镍上的石墨烯薄膜转移至氧化硅/硅基片上
具体步骤与实施例1类似，但采用的有机胶体为PDMS。
实施例7：将在金属镍上的石墨烯薄膜转移至氧化硅/硅基片上
具体步骤与实施例1类似，但采用的有机胶体为聚酰亚胺。
实施例8：将在氧化硅上的石墨烯薄膜转移至锆钛酸铅基片上
先在石墨烯薄膜表面旋涂上电子蚀刻胶(PMMA)，于80度下烘5分钟；再将其浸泡于质量分数为30％的氢氟酸溶液中，直到氧化硅腐蚀完后，将悬浮在腐蚀溶液表面的石墨烯薄膜和有机胶体层的结合体转入去离子水中清洗，以去掉残留的腐蚀溶液；清洗时应保证有机胶体层朝上而石墨烯薄膜朝下；然后将石墨烯薄膜和有机胶体层的结合体均匀铺展在锆钛酸铅目标基片上，使石墨烯薄膜与目标基片表面紧贴在一起，然后在80℃的温度条件下烘干5分钟；最后采用丙酮浸泡，直到PMMA胶完全溶解，得到转移至目标基片表面的石墨烯薄膜。
Claims (5)
1.一种石墨烯薄膜的转移方法，包括以下步骤：
步骤1：在石墨烯薄膜表面旋涂一层有机胶体；
步骤2：将石墨烯薄膜表面旋涂的有机胶体层在50～100℃的温度条件下烘干；
步骤3：将步骤2烘干后的石墨烯薄膜浸入腐蚀溶液中，浸入时使原基片层朝下，而有机胶体层向上；所述腐蚀溶液应选用对原基片具有腐蚀性能的溶液；
步骤4：待原基片被腐蚀溶液腐蚀掉后，将悬浮在腐蚀溶液表面的石墨烯薄膜和有机胶体层的结合体转入去离子水中清洗，以去掉残留的腐蚀溶液；清洗时应保证有机胶体层朝上而石墨烯薄膜朝下；
步骤5：将经步骤4清洗后的石墨烯薄膜和有机胶体层的结合体均匀铺展在目标基片上，使石墨烯薄膜与目标基片表面紧贴在一起，然后在60～100℃的温度条件下烘干；
步骤6：采用去胶溶剂浸泡或蒸汽除去石墨烯薄膜表面的有机胶体层，得到转移至目标基片表面的石墨烯薄膜。
2.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜的转移方法，其特征在于，步骤6去除石墨烯薄膜表面的有机胶体层时，先在需要去除的有机胶体层表面滴加与该有机胶体层相同的液态有机胶体，待滴加的液态有机胶体润湿有机胶体层后，再采用去胶溶剂浸泡或蒸汽除去石墨烯薄膜表面的有机胶体层。
3.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜的转移方法，其特征在于，步骤1使用的有机胶体是光刻胶、电子蚀刻胶、聚酰亚胺或PDMS。
4.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜的转移方法，其特征在于，步骤4使用的目标基片是金属基片、半导体基片、氧化物基片或塑料基片。
5.根据权利要求1或2所述的石墨烯薄膜的转移方法，其特征在于，步骤6使用的去胶溶剂为丙酮、乙醇或异丙醇。
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