CN101927998B - 石墨烯晶片、制造石墨烯晶片的方法、释放石墨烯层的方法和制造石墨烯器件的方法 - Google Patents

石墨烯晶片、制造石墨烯晶片的方法、释放石墨烯层的方法和制造石墨烯器件的方法 Download PDF

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Abstract

石墨烯晶片、制造石墨烯晶片的方法、释放石墨烯层的方法和制造石墨烯器件的方法。用于从衬底释放石墨烯层的方法，首先在第一衬底的表面上形成石墨烯层，然后在石墨烯层的表面上形成金属层，然后对金属层施加拉力以便将石墨烯层与第一衬底分开，借助分子间力将被释放的石墨烯层结合到与第一衬底分离的第二衬底的表面上或者结合到形成在第二衬底的表面上的结合层的表面上，然后通过例如蚀刻来除去金属层。

Description

石墨烯晶片、制造石墨烯晶片的方法、释放石墨烯层的方法和制造石墨烯器件的方法
技术领域
本发明涉及石墨烯晶片、制造石墨烯晶片的方法、从衬底释放(release)石墨烯层的方法和制造石墨烯器件的方法。
背景技术
在2004年英国曼彻斯特大学的A.Gaim等人报道了作为石墨烯(graphene)转移技术的透明胶带(Scotch tape)法。他们成功地用机械方法将单层石墨烯从高定向热解石墨(HOPG)转移到SiO2/Si衬底上。
石墨烯是一种具有独特带结构的无质量狄拉克费米子(Diracfermion)材料，并且提供具有管结构的碳纳米管的几乎所有有用的电特性，包括冲猾导(ballistic conduction)，这将引起工程师关注。石墨烯是一种片状结构(这与碳纳米管(CNT)相反)的新材料，因此适用于常规LSI技术中使用的微机械加工，制造集成电路。
在发现石墨烯之后，显然获得高质量石墨烯片的唯一方式是从HOPG释放石墨烯片。由此，难以获得具有大面积的石墨烯片，这成为了制造集成器件的工艺的障碍。
日本专利申请公开No.2009-62247公开了一种技术，其中使SiC衬底在真空中经受高温氢蚀刻和高温热处理从而在SiC衬底上制造和转移片状外延石墨烯(即，石墨烯片)层。
形成在SiC衬底上的外延石墨烯层具有原子级平坦的晶体表面并且被化学地紧紧地束缚，因此使用多种常规粘合剂的化学粘附技术不能将外延石墨烯层完整地从SiC衬底的整个表面释放。所以，该外延石墨烯层难以完整地转移到另一衬底上。
发明内容
本发明用来解决上述问题。
本发明的目的是提供石墨烯晶片、制造石墨烯晶片的方法、用来释放石墨烯层然后将外延石墨烯层转移到另一衬底上的具有良好的可重复性的方法、和用来制造石墨烯器件的方法。
一种方法用于从衬底释放石墨烯层。首先在第一衬底的表面上形成石墨烯层。然后在石墨烯层的表面上形成金属层。然后对金属层施加拉力以便将石墨烯层与第一衬底分开。借助分子间力将被释放的石墨烯层结合(bond)到与第一衬底分离的第二衬底的表面上或者结合到形成在第二衬底的表面上的结合层的表面上。然后通过例如蚀刻来除去金属层。
由下文给出的详细描述，本发明的进一步的适用范围将变得明显。然而，应当理解，详细描述和具体实例尽管表示了本发明的优选实施例，但是仅被提供用于说明目的，因为在本发明的精神和范围内的多种改变和变型将由该详细描述而对于本领域技术人员变得明显。
附图说明
由下文给出的详细描述和附图，将会更完整地理解本发明，所述附图仅是作为说明给出的，由此并没有限制本发明，在附图中：
图1A是外延石墨烯层(实心圆圈)、外延石墨烯层(带圆点图样的圆圈)和外延石墨烯层(白圆圈)的三层结构的概念表示。
图1B是其上形成外延石墨烯层的外延石墨烯衬底的截面图。
图2是说明第一实施例的石墨烯晶片的截面图；
图3A是说明用于释放第一实施例的石墨烯的过程的截面图；
图3B是说明用于释放第一实施例的石墨烯的另一过程的截面图；
图4A是说明用于将石墨烯层结合到第二衬底上的过程的截面图；
图4B是说明用于将石墨烯层结合到第二衬底上的另一过程的截面图；
图5A是说明用于除去粘附金属层的过程的截面图；
图5B是说明用于获得石墨烯晶片的过程的截面图；
图6是说明石墨烯晶片的制造过程的主要部分的流程图；
图7A是说明用于将石墨烯结合到第二衬底上的过程的截面图；
图7B是具有多层石墨烯层的石墨烯晶片的截面图；
图8A是说明石墨烯图案的顶视图；
图8B是说明用于释放石墨烯的过程的截面图；
图9是说明第二实施例的石墨烯晶片的制造过程的截面图；
图10A是第二实施例的石墨烯晶片的顶视图；
图10B是图10A的石墨烯晶片的截面图；
图11A示出具有形成于其上的大面积石墨烯层的石墨烯晶片；
图11B是石墨烯晶片的截面图；
图11C是石墨烯晶片的顶视图；
图12A是示出源电极和漏电极的石墨烯器件的顶视图；
图12B是沿图12A的线12B-12B的截面图；
图12C是栅电极的截面图；以及
图13示出第三实施例的变型。
具体实施方式
将参考图1-13来描述本发明的各实施例。图1-13旨在清楚地说明本发明的特征，并且尺度关系可能被稍微放大。各图共有的元素被给予相同的附图标记。
第一实施例
将参考图1A、1B、2、3A、3B、4A、4B、5A、5B、6、7A、7B来描述第一实施例。图1A和1B示出外延石墨烯衬底100。外延石墨烯衬底100包括SiC衬底101和外延石墨烯层111。
将参考图1A描述外延石墨烯层111的结构。外延石墨烯层111是被紧密地组装成二维(2D)蜂窝晶格的碳原子C(图1A中的实心圆圈、带圆点图样的圆圈和白圆圈)的平坦单层或者是该平坦单层片的多层结构。图1A是外延石墨烯层111a(实心圆圈)、外延石墨烯层111b(带圆点图样的圆圈)和外延石墨烯层111c(白圆圈)的三层结构的概念表示。SiC衬底101在真空中经受高温氢蚀刻和高温热处理，从而在作为第一衬底的SiC衬底101上制造片状外延石墨烯(石墨烯片)层。
图1B是外延石墨烯衬底100的截面图，其上形成有外延石墨烯层111。外延石墨烯层111是通过真空中高温氢蚀刻和高温热处理形成的。在SiC衬底101上依次形成外延石墨烯层111a、外延石墨烯层111b和外延石墨烯层111c。
图2到3是说明从形成在SiC衬底101上的外延石墨烯层111释放单层的外延石墨烯层(下文称为石墨烯层)111a的方法的截面图。
参考图2，本发明的特征之一是在石墨烯层111a的表面上依次形成粘附金属层120、支撑体结合层122和支撑体124，该石墨烯层111a是石墨烯层111的顶层。
如前所述，石墨烯层111的各层相互堆叠，每层都是原子级平坦的并且被化学地紧紧地束缚，因此使用多种常规粘合剂的化学粘附技术的使用不能将一片石墨烯层完整地从另一片石墨烯层释放。第一实施例采用形成在石墨烯层111a的表面上的粘附金属层120，使得用于粘附金属层120的材料可以扩散到石墨烯层111a中。
方便地，粘附金属层120是包含选自包括Ti、Ni、Al、Cu、Cr、In和Pd的组的金属的金属层，并且可以通过真空CVD或溅射形成。粘附金属层120优选地至少覆盖应当被分开或释放的石墨烯层111a的整个表面。这是因为仅具有大面积的石墨烯层111a将被分开。因此，粘附金属层120需要具有足够的厚度并且至少覆盖石墨烯层的整个表面。
支撑体结合层122的表面可以与粘附金属层120紧密接触。支撑体结合层122和粘附金属层120之间的粘附力优选大于作用于石墨烯层111a和石墨烯层111b之间的分子间力以及作用于石墨烯层111b和石墨烯层111c之间的分子间力。支撑体结合层122优选覆盖粘附金属层120的整个表面，并且优选由粘性材料(例如环氧树脂粘合剂、氨基甲酸乙酯树脂(urethane resin)粘合剂、苯酚树脂粘合剂、聚酰亚胺粘合剂、热固性粘合剂、UV固化粘合剂、有机涂覆材料和焊料材料)形成。
粘附金属层120的表面在其中具有隆起和沟槽，使得粘性材料填充隆起和沟槽之间的小空间以产生(develop)锚定作用，提供极好的粘附力。支撑体结合层122根据粘性材料通过例如刮刀式涂覆、旋涂、喷涂或滴涂(dispensing)来形成。
然后，支撑体124被结合到支撑体结合层122的表面。支撑体124支撑其上的被分开的石墨烯层111a，并且支撑体结合层122和支撑体124之间的粘附力大于石墨烯层111的相邻层之间的结合强度。支撑体124可以采取玻璃衬底、陶瓷衬底、石英衬底或半导体衬底(例如Si)的形式。
如稍后描述的，被分开的石墨烯层111a被结合到另一衬底(即第二衬底)。然后将该结构放置到蚀刻溶液中，例如酸性或碱性化学溶液，使得蚀刻掉粘附金属层120，由此将支撑体结合层122和支撑体124与石墨烯层111a分离。支撑体124优选地足以抵抗蚀刻溶液，使得支撑体124可以被再利用。
如图3A所示，利用大于作用于石墨烯111的层111a、111b和111c之间的分子间力的力F从该结构的其余部分提或拉支撑体124，由此将石墨烯层111a与石墨烯层111b分离。这有助于将具有大面积的石墨烯层111a与SiC衬底分开。例如，可以通过真空吸引提或者拉支撑体124，如图3B所示。
图4A是说明用于将石墨烯层结合到第二衬底的过程的截面图。
图4B是说明用于将石墨烯层结合到第二衬底的另一过程的截面图。
石墨烯层111a的释放表面A以紧密接触的方式被结合到另一衬底(即第二衬底)130的表面，如图4A所示。该结合是借助作用于第二衬底130的表面和石墨烯层111a的释放表面之间的分子间力来实现的。或者，可以在第二衬底130上形成结合层132，并且借助分子间力将石墨烯层111a的释放表面A结合到结合层132。
为了借助分子间力使上述表面彼此结合，石墨烯层111a和第二衬底130优选具有表面粗糙度至少在纳米级的平坦表面。
在纳米级的平坦度意思是当利用原子力显微镜(AFM)测量时表面粗糙度(峰谷间的最大差：Rrv)小于10纳米。更优选地，第二衬底130具有等于或小于3nm的Rrv值。
第二衬底130可以是半导体衬底(例如Si衬底或AlN衬底)、陶瓷衬底、玻璃衬底、石英衬底，塑料衬底或金属衬底。结合层132可以是例如SiO2、SiN、SiON、PSG、BSG或SOG的薄膜，并且可以通过等离子体CVD、CVD或溅射而形成在第二衬底上。
如上所述，石墨烯层111a被直接结合到第二衬底130的表面上或者被结合到形成在第二衬底130上的结合层132上。
图5A是说明用于去除粘附金属层120的过程的截面图。
图5B是说明用于获得石墨烯晶片的过程的截面图。
然后除去粘附金属层120，如图5A和5B所示。例如，可以使用酸性或碱性蚀刻溶液来用化学方法蚀刻掉粘附金属层120。当粘附金属层120被用化学方法蚀刻掉时，蚀刻溶液应当使得粘附金属层120被容易地蚀刻而不能容易地蚀刻结合层132。
上述过程提供了具有直接结合到第二衬底130的表面上或者结合到形成在第二衬底130上的结合层132的表面上的石墨烯层111a的石墨烯晶片150。
图6是说明石墨烯晶片150的制造过程的主要部分的流程图。
步骤S1：在第一衬底的表面上形成石墨烯层(图1B)。
步骤S2：在石墨烯层的表面上形成粘附金属层120、支撑体结合层122、支撑体124(图2)。
步骤S3：从第一衬底上的其余部分除去与粘附金属层120直接接触的一个石墨烯层(图3A-3B)。
步骤S4：然后将石墨烯层结合到第二衬底的表面或者结合到形成在第二衬底上的结合层的表面(图4A)。
步骤S5：通过蚀刻除去粘附金属层120以获得石墨烯晶片(图5A)。
图7A是说明用于将石墨烯结合到第二衬底的过程的截面图。
图7B是具有多层石墨烯层140的石墨烯晶片的截面图。
参考图7A和7B，可以进一步将石墨烯层111b结合到已经结合到第二衬底130的表面上或者结合到形成在第二衬底130上的结合层132的表面上的石墨烯层111a上。
同样地，可以获得石墨烯晶片151，其中包括石墨烯层111a、111b和111c的多层石墨烯层140形成在第二衬底130的表面上或者形成在于衬底130上形成的结合层132上。
如上所述，第一实施例采用以下步骤：
在形成在第一衬底(SiC衬底)101的表面上的石墨烯层111a的整个表面上形成粘附金属层120，该粘附金属层由易于扩散到石墨烯层111a中的金属材料形成；以及
形成支撑体124和支撑体结合层122，该支撑体结合层122在粘附金属层120和支撑体结合层122之间具有极好的结合特性；
从其余结构提或拉支撑体124，由此从第一衬底(SiC衬底)101释放石墨烯层111a。进一步地，还执行下列步骤：
借助分子间力将被分开的石墨烯层111a结合到另一衬底(即第二衬底)130的表面上或者结合到形成在第二衬底130上的结合层132的表面上；以及
通过化学蚀刻仅除去粘附金属层120。
该方法允许制造结合到第二衬底的表面上的大面积石墨烯晶片150。而且，可以制造具有多层石墨烯层140的大面积的石墨烯晶片151。
{变型}
尽管已经就形成在第一衬底101(SiC衬底)上的石墨烯层111描述了第一实施例，但是第一衬底不限于SiC衬底，而还可以是由另外的材料形成的衬底，例如其上形成有SiC薄膜的SiC衬底。
第二实施例
第一实施例针对的是制造单个大面积石墨烯晶片，其中大面积的石墨烯层111a被结合到第二衬底130的表面或者被结合到形成在第二衬底130上的结合层132的表面。相比之下，第二实施例针对的是将预先构图的石墨烯层结合到衬底上。将参照图8到10来描述第二实施例。
图8A是示出石墨烯图案的顶视图。
图8B是说明用于释放石墨烯的过程的截面图。
参考图8A，石墨烯层111(未示出)形成在SiC衬底101(第一衬底)的表面上，并且通过光刻然后使用O2等离子体进行干法蚀刻来被构图，从而形成石墨烯图案210。图8A中示出的线图案形式的石墨烯图案210是示例性的，并且可以是具有任何形状的石墨烯图案210。
参考图8B，包括石墨烯层111a、石墨烯层111b和石墨烯层111c的石墨烯层111被构图以形成包括石墨烯图案210a、石墨烯图案210b、石墨烯图案210c的石墨烯图案210。然后粘附金属层220、支撑体结合层222和支撑体224依次形成在石墨烯图案210a上，该石墨烯图案210a是石墨烯图案210的最上面的石墨烯图案。从其余结构提或者拉支撑体224以将石墨烯图案210a与SiC衬底101分开。
已经描述了制造方法，该制造方法包括构图形成在SiC衬底(第一衬底)101上的石墨烯层111以形成石墨烯图案210，然后分开石墨烯图案210a。石墨烯层111的构图可以如下执行：同时对粘附金属层220、支撑体结合层222、支撑体224和石墨烯层111进行构图，从而形成石墨烯图案210。
在任何情况下，粘附金属层220基本上形成在石墨烯层111的表面上，并且可以对石墨烯层111的构图和支撑体224的形成进行多个变型。
图9是说明第二实施例的石墨烯晶片的制造过程的截面图。
图10A是第二实施例的石墨烯晶片的顶视图。
图10B是图10A的石墨烯晶片的截面图。
参考图9，正如在第一实施例中，石墨烯图案210a借助分子间力被结合到第二衬底130的表面上或者被结合到形成在第二衬底130上的结合层132的表面上。
正如参考图5描述的第一实施例的分开过程或释放过程，通过蚀刻仅除去粘附金属层220，从而将支撑体结合层222和支撑体224与其余结构分离。蚀刻掉粘附金属层220提供了具有被结合到形成在第二衬底130的表面上的结合层132的石墨烯图案210的石墨烯晶片200。
如上所述，第二实施例采用了以下步骤：
在石墨烯图案210a的表面上依次形成粘附金属层220、支撑体结合层222、支撑体224；
将石墨烯图案210a与第一衬底101的表面分开；以及
将石墨烯图案210a结合到第二衬底130的表面上或者结合到形成在第二衬底130上的结合层132的表面上。
该方法允许在第二衬底130的表面上或者在形成在第二衬底130上的结合层132的表面上容易地形成期望形状的石墨烯图案。
石墨烯具有比铜高大约两个数量级的载流能力。因此，可以执行构图以便例如形成包括能够实现高电流密度的高密度石墨烯布线电极的石墨烯图案。
第三实施例
第三实施例针对的是使用第一实施例中描述的大面积石墨烯晶片制造石墨烯器件的方法。将参考图11-13来描述第三实施例。
在下面的描述中，将使用石墨烯薄膜晶体管(TFT)作为基于大面积石墨烯晶片的示例性石墨烯器件。
图11A示出在其上形成有大面积石墨烯层的石墨烯晶片300。石墨烯晶片300包括形成在n+SiC衬底301上的作为结合层的SiO2膜302和借助分子间力被结合到该SiO2膜302的表面上的石墨烯层310。该SiO2膜302可以采取热氧化膜的形式。
图11B是石墨烯晶片的截面图，图11C是石墨烯晶片的顶视图。参考图11B和11C，执行光刻步骤和使用O2等离子体的干法蚀刻步骤以对石墨烯层310进行构图，从而形成石墨烯图案310a。
图12A是示出源电极314和漏电极316的石墨烯器件的顶视图，图12B是沿图12A的线12B-12B的截面图。图12C是栅电极的截面图。参考图12A和12B，执行光刻步骤，即形成金属薄膜的步骤和剥离或拉金属薄膜的步骤，以形成源电极314和漏电极316，在光刻步骤中通过已知技术形成器件。
参考图12C，然后在n+Si衬底301的后表面上形成栅电极320，从而获得底栅石墨烯TFT 400。
如上所述，就底栅石墨烯TFT 400描述了第三实施例。
图13示出第三实施例的变型。在被构图的石墨烯层310a的表面上形成栅极绝缘膜352，进一步地，形成源电极362、栅电极364和漏电极366，从而获得顶栅石墨烯TFT 410。在这种情况下，n+Si衬底301不必用于形成TFT衬底，而可以使用具有普通载流子浓度的通用Si衬底。
如上所述，第三实施例使用标准Si-LSI制造技术(例如，光刻、蚀刻、绝缘膜形成、电极和布线形成工艺)来执行对大面积石墨烯晶片的构图，从而将大面积石墨烯晶片上的石墨烯层形成为预定尺寸和形状，以形成电极。这样，可以毫无困难地根据器件设计来制造石墨烯器件。另外，本发明的大面积石墨烯晶片可以用于集成石墨烯器件。
如上所述，根据本发明的石墨烯晶片、制造石墨烯晶片的方法、用于释放石墨烯层的方法和制造石墨烯器件的方法提供了碳纳米管(CNT)的几乎所有的电特性，碳纳米管作为下一代的电子器件材料正受到关注。
本发明能够产生具有常规材料中不能发现的特征(例如非常高的电子迁移率)的作为无质量狄拉克费米子的完全新型电子器件材料。石墨烯器件预期将最终代替常规硅器件。

Claims (14)

1.一种用于从衬底释放石墨烯层的方法，包括：
在第一衬底(101)的表面上形成石墨烯层(111)；
在石墨烯层的表面上形成金属层(120)；以及在金属层上施加拉力以便将石墨烯层与第一衬底(101)分开，
其中金属层(120)由金属材料形成使得金属层扩散到石墨烯层(111)，并且当石墨烯层与第一衬底(101)分开时保持被连接到石墨烯层(111)，
其中第一衬底是其上形成有SiC薄膜的SiC衬底或Si衬底。
2.一种用于制造石墨烯晶片的方法，包括：
在第一衬底(101)的表面上形成石墨烯层；
在石墨烯层的表面上形成金属层(120)；以及
在金属层上施加拉力以便将石墨烯层与第一衬底(101)分开；
借助分子间力将被释放的石墨烯层结合到与第一衬底分离的第二衬底(130)的表面上或者结合到形成在第二衬底的表面上的结合层(122)的表面上；以及
除去金属层，
其中金属层(120)由金属材料形成使得金属层扩散到石墨烯层(111)，并且当石墨烯层与第一衬底(101)分开时保持被连接到石墨烯层(111)，
其中第一衬底是其上形成有SiC薄膜的SiC衬底或Si衬底。
3.根据权利要求2的方法，进一步包括：
在第一衬底上形成金属层后，在金属层上形成支撑体结合层(122)，然后在支撑体结合层(122)上形成支撑体(124)；以及
在支撑体(124)上施加拉力以将石墨烯层与第一衬底分开。
4.根据权利要求2的方法，金属层包含选自包括Ti、Ni、Al、Cu、Cr、In和Pd的组的一种或多种元素。
5.根据权利要求2的方法，其中结合层(122)是由选自包括氧化物层、氮化物层和氮氧化物层的组的至少一个形成的层，其中所述氧化物层、氮化物层和氮氧化物层包含Si。
6.一种用于释放石墨烯层的方法，包括：
在第一衬底(101)的表面上形成石墨烯层(111)；
对石墨烯层(111)进行构图；
在被构图的石墨烯层的表面上形成金属层(120)；以及
在金属层上施加拉力以将石墨烯层与第一衬底分开(101)，
其中金属层(120)由金属材料形成使得金属层扩散到石墨烯层(111)，并且当石墨烯层与第一衬底(101)分开时保持被连接到石墨烯层(111)，
其中第一衬底是其上形成有SiC薄膜的SiC衬底或Si衬底。
7.一种用于制造石墨烯晶片的方法，包括：
在第一衬底(101)的表面上形成石墨烯层(111)；
对石墨烯层进行构图；
在被构图的石墨烯层的表面上形成金属层(120)；
在金属层上施加拉力以将石墨烯层与第一衬底分开；
借助分子间力将与第一衬底分开的石墨烯层结合到第二衬底(130)的表面上或者结合到形成在第二衬底的表面上的结合层(122)的表面上；以及
除去金属层，
其中金属层(120)由金属材料形成使得金属层扩散到石墨烯层(111)，并且当石墨烯层与第一衬底(101)分开时保持被连接到石墨烯层(111)，
其中第一衬底是其上形成有SiC薄膜的SiC衬底或Si衬底。
8.根据权利要求7的方法，进一步包括：
在第一衬底上形成金属层后，在金属层上形成支撑体结合层(122)，然后在支撑体结合层(122)上形成支撑体(124)；以及
在支撑体(124)上施加拉力以将石墨烯层与第一衬底分开。
9.根据权利要求7的方法，其中金属层包含选自包括Ti、Ni、Al、Cu、Cr、In和Pd的组的一种或多种元素。
10.根据权利要求7的方法，其中结合层是由选自包括氧化物层、氮化物层和氮氧化物层的组的一个或多个层形成的层，其中所述氧化物层、氮化物层和氮氧化物层包含Si。
11.一种用于制造石墨烯器件的方法，包括：
在第一衬底的表面上形成石墨烯层；
在石墨烯层的表面上形成金属层；
在金属层上施加拉力以便从第一衬底释放石墨烯层；
将被释放的石墨烯层结合到第二衬底的表面上或者结合到形成在第二衬底上的结合层的表面上；
除去金属层；
对石墨烯层进行构图；以及
在被构图的石墨烯层的表面上形成电极，
其中金属层由金属材料形成使得金属层扩散到石墨烯层，并且当石墨烯层与第一衬底分开时保持被连接到石墨烯层，
其中第一衬底是其上形成有SiC薄膜的SiC衬底或Si衬底。
12.根据权利要求11的方法，进一步包括：
在第一衬底上形成金属层后，在金属层上形成支撑体结合层(122)，然后在支撑体结合层(122)上形成支撑体(124)；
在支撑体(124)上施加拉力以将石墨烯层与第一衬底分开。
13.根据权利要求11的方法，其中金属层包含选自包括Ti、Ni、Al、Cu、Cr、In和Pd的组的一种或多种元素。
14.根据权利要求11的方法，其中结合层是由选自包括氧化物层、氮化物层和氮氧化物的组的一个或多个层形成的层，其中所述氧化物层、氮化物层和氮氧化物层包含Si。
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Families Citing this family (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10164135B2 (en) 2009-08-07 2018-12-25 Guardian Glass, LLC Electronic device including graphene-based layer(s), and/or method or making the same
US10167572B2 (en) 2009-08-07 2019-01-01 Guardian Glass, LLC Large area deposition of graphene via hetero-epitaxial growth, and products including the same
KR101652787B1 (ko) 2009-11-12 2016-09-01 삼성전자주식회사 대면적 그라핀의 제조방법 및 전사방법
KR101603766B1 (ko) * 2009-11-13 2016-03-15 삼성전자주식회사 그라펜 적층체 및 그의 제조방법
US20110200787A1 (en) * 2010-01-26 2011-08-18 The Regents Of The University Of California Suspended Thin Film Structures
US9024300B2 (en) 2010-05-13 2015-05-05 Nokia Corporation Manufacture of graphene-based apparatus
US8492753B2 (en) * 2010-09-28 2013-07-23 Empire Technology Development Llc Directionally recrystallized graphene growth substrates
US8822306B2 (en) * 2010-09-30 2014-09-02 Infineon Technologies Ag Method for manufacturing a composite wafer having a graphite core, and composite wafer having a graphite core
US20130230722A1 (en) * 2010-11-24 2013-09-05 Fuji Electric Co., Ltd. Conductive thin film and transparent conductive film comprising graphene
JP5739175B2 (ja) * 2011-01-24 2015-06-24 株式会社カネカ グラフェン／高分子積層体およびその利用
CN103460364B (zh) * 2011-04-13 2016-08-17 英派尔科技开发有限公司 使石墨烯顺应目标基板
CN102206867B (zh) * 2011-05-03 2012-12-26 杭州格蓝丰纳米科技有限公司 一种石墨烯单晶片的制备方法
KR101218580B1 (ko) * 2011-05-13 2013-01-21 한국화학연구원 박리 기법을 이용한 그래핀 패턴 형성 방법 및 그 장치
JP6206729B2 (ja) * 2011-05-23 2017-10-04 ナショナル ユニバーシティ オブ シンガポール 薄膜の転写方法
KR101271951B1 (ko) * 2011-05-27 2013-06-07 포항공과대학교 산학협력단 탄소 박막 제조 방법
KR101878734B1 (ko) * 2011-06-24 2018-07-16 삼성전자주식회사 그래핀 층상 구조체, 그의 제조방법 및 이를 채용한 투명전극과 트랜지스터
KR101878738B1 (ko) * 2011-09-16 2018-07-17 삼성전자주식회사 반도체 장치 및 반도체 장치의 동작 방법
KR101878739B1 (ko) * 2011-10-24 2018-07-17 삼성전자주식회사 그래핀 전사부재, 그래핀 전사방법 및 이를 이용한 그래핀 소자 제조방법
CN102337513B (zh) * 2011-10-31 2012-12-05 杭州电子科技大学 石墨烯透明导电薄膜的制备方法
US9102118B2 (en) * 2011-12-05 2015-08-11 International Business Machines Corporation Forming patterned graphene layers
US9290389B2 (en) * 2011-12-08 2016-03-22 Nokia Corporation Graphene composite and a method of manufacturing a graphene composite
KR101920713B1 (ko) 2011-12-23 2018-11-22 삼성전자주식회사 그래핀 소자 및 그 제조방법
KR101878741B1 (ko) 2012-01-26 2018-07-16 삼성전자주식회사 트랜지스터 및 그 제조방법
CN103378223B (zh) * 2012-04-25 2016-07-06 清华大学 外延结构体的制备方法
JP5890241B2 (ja) * 2012-04-26 2016-03-22 株式会社カネカ グラフェン積層体の製造方法
WO2013164890A1 (ja) * 2012-05-02 2013-11-07 グラフェンプラットフォーム株式会社 グラフェン積層体
WO2013168297A1 (ja) * 2012-05-11 2013-11-14 グラフェンプラットフォーム株式会社 グラフェン積層体の製造方法及びグラフェン積層体
KR101348169B1 (ko) * 2012-07-09 2014-01-16 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 그래핀을 이용한 ｆｅｔ의 제조방법
KR101984694B1 (ko) * 2012-07-12 2019-05-31 삼성전자주식회사 실리콘 카바이드 웨이퍼 상의 단일층 그래핀의 제조방법
KR102083960B1 (ko) 2012-08-30 2020-03-03 엘지전자 주식회사 그래핀의 제조 방법 및 그 그래핀과 그 제조 장치
WO2014035068A1 (ko) * 2012-08-30 2014-03-06 엘지전자 주식회사 그래핀의 제조 방법 및 그 그래핀과 그 제조 장치
JP5993666B2 (ja) * 2012-09-03 2016-09-14 国立大学法人埼玉大学 積層体の製造方法
CN102942178A (zh) * 2012-11-22 2013-02-27 武汉大学 一种贵金属纳米阵列与单层石墨烯复合基底及其制备方法
CN103021946A (zh) * 2012-12-05 2013-04-03 北京大学 一种通过机械去除法制备氮化镓单晶衬底的方法
CN103019493A (zh) * 2012-12-24 2013-04-03 无锡力合光电石墨烯应用研发中心有限公司 一种用于电容式触摸屏的电极结构及其制备方法
US8916451B2 (en) 2013-02-05 2014-12-23 International Business Machines Corporation Thin film wafer transfer and structure for electronic devices
US10957816B2 (en) 2013-02-05 2021-03-23 International Business Machines Corporation Thin film wafer transfer and structure for electronic devices
US10431354B2 (en) 2013-03-15 2019-10-01 Guardian Glass, LLC Methods for direct production of graphene on dielectric substrates, and associated articles/devices
US9593019B2 (en) * 2013-03-15 2017-03-14 Guardian Industries Corp. Methods for low-temperature graphene precipitation onto glass, and associated articles/devices
US9059013B2 (en) 2013-03-21 2015-06-16 International Business Machines Corporation Self-formation of high-density arrays of nanostructures
US9096050B2 (en) * 2013-04-02 2015-08-04 International Business Machines Corporation Wafer scale epitaxial graphene transfer
KR101372286B1 (ko) 2013-04-11 2014-03-11 한국과학기술연구원 그래핀 전자 소자, 그래핀 전사층 및 그래핀 전자 소자의 제조 방법
KR102107538B1 (ko) * 2013-05-07 2020-05-07 삼성전자주식회사 그래핀 전사 방법, 이를 이용한 소자의 제조방법 및 그래핀을 포함하는 기판 구조체
US9337274B2 (en) 2013-05-15 2016-05-10 Globalfoundries Inc. Formation of large scale single crystalline graphene
KR101509422B1 (ko) 2013-06-12 2015-04-06 디에치이앤이 (주) 그래핀 층 형성용 구조체, 그래핀 층 형성용 구조체의 제작 방법 및, 그래핀 층 형성용 구조체를 이용한 그래핀 층 형성 방법
JP6163024B2 (ja) * 2013-06-12 2017-07-12 住友電気工業株式会社 基板の製造方法
JP5973390B2 (ja) * 2013-07-04 2016-08-23 日本電信電話株式会社 グラフェン製造方法
CN103512875A (zh) * 2013-09-23 2014-01-15 武汉大学 一种表面增强拉曼光谱复合基底的制备方法
JPWO2015060419A1 (ja) * 2013-10-25 2017-03-09 富士通株式会社 グラフェン膜の製造方法
KR102144478B1 (ko) * 2013-11-12 2020-08-14 삼성디스플레이 주식회사 터치 패널 및 터치 패널의 제조 방법
JP2017524636A (ja) * 2014-06-20 2017-08-31 ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティー・オブ・カリフォルニアＴｈｅ Ｒｅｇｅｎｔｓ Ｏｆ Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ グラフェンの製造および転写のための方法
US10145005B2 (en) 2015-08-19 2018-12-04 Guardian Glass, LLC Techniques for low temperature direct graphene growth on glass
JP2019514228A (ja) * 2016-03-08 2019-05-30 シーアン、ユニバーシティーＸｉｄｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ グラフェンおよびマグネトロンスパッタリングされた窒化アルミニウム上での窒化ガリウム成長方法
CN107840325B (zh) * 2016-09-19 2019-09-17 上海和辉光电有限公司 一种石墨烯的制备方法
CN106816409A (zh) * 2017-03-09 2017-06-09 武汉华星光电技术有限公司 Tft基板中电极层的制作方法及柔性tft基板的制作方法
JP6848846B2 (ja) * 2017-12-19 2021-03-24 株式会社Sumco 貼合せウェーハの製造方法および貼合せウェーハ
WO2020138202A1 (ja) * 2018-12-28 2020-07-02 国立研究開発法人産業技術総合研究所 グラファイト薄膜／シリコン基板積層体、及びその製造方法、高排熱型電子デバイス用基板
CN115465856A (zh) * 2021-06-10 2022-12-13 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 图形化石墨烯的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008205272A (ja) * 2007-02-21 2008-09-04 Fujitsu Ltd グラフェントランジスタ及びその製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4358046A (en) * 1977-03-17 1982-11-09 Union Carbide Corporation Oriented graphite layer and formation
JP2003286017A (ja) * 2002-03-28 2003-10-07 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 配向性カーボンナノチューブ膜の転写方法
WO2005019104A2 (en) * 2003-08-18 2005-03-03 President And Fellows Of Harvard College Controlled nanotube fabrication and uses
JP5137066B2 (ja) * 2007-09-10 2013-02-06 国立大学法人福井大学 グラフェンシートの製造方法
US7960259B2 (en) * 2007-09-26 2011-06-14 International Technology Center Semiconductor structure with coincident lattice interlayer
JP5212377B2 (ja) * 2007-11-07 2013-06-19 コニカミノルタホールディングス株式会社 透明電極及び透明電極の製造方法
JP5303957B2 (ja) * 2008-02-20 2013-10-02 株式会社デンソー グラフェン基板及びその製造方法
CN101339128B (zh) * 2008-08-27 2011-01-12 中国科学院光电技术研究所 一种表面等离子体共振成像纳米结构阵列芯片的制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008205272A (ja) * 2007-02-21 2008-09-04 Fujitsu Ltd グラフェントランジスタ及びその製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Transferring and Identification of Single- and Few-Layer Graphene on Arbitrary Substrates;Alfonso Reina etal;《J. Phys. Chem. C》;20081024;第17741页右栏第2段至第17743页右栏最后1段，图1-4 *

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Publication number Publication date
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