CN103435036A - 一种石墨烯选择性定点转移方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种石墨烯选择性定点转移方法，使用光刻胶曝光和PMMA转移方法相结合，并利用显微镜和微操作平台进行转移的微观操作控制，可以将需要的石墨烯部分从整体结构上选择性的转移出来，转移到目标基底的指定位置。该方法包括以下步骤：A.光刻胶的旋涂和选定区域的曝光、显影；B.光刻胶整体的二次曝光；C.旋涂PMMA薄膜；D.显影液中浸泡使PMMA层和原基底分离；E.将附着有目标石墨烯的PMMA层转移到新的基底上；F.调整石墨烯至特定位置；G去除PMMA，完成转移。采用本发明可以高效地将选定的石墨烯或石墨烯微结构转移到目标基底的指定位置，特别适合于机械剥离法石墨烯的选择和转移。

Description

一种石墨烯选择性定点转移方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯转移方法，特别涉及一种将需要的石墨烯部分从整体结构上选择性地转移到目标基底的指定位置的转移方法，属于材料技术领域。
背景技术
石墨烯具有独特电子与物理特性，在分子电子学、微纳器件、复合材料、场发射材料、传感器、电池与储氢材料等领域有着重要的应用前景。目前主要的制备方法有三种：(1)机械剥离法，可以获得高质量的单层或多层石墨烯，主要用来研究基本的凝聚态物理问题或高性能的石墨烯微纳器件；(2)化学气象沉积法，可以制备大面的的石墨烯样品，但质量差于机械剥离石墨烯；(3)化学氧化还原法，可以大规模的制备和液相处理，但质量差于上述两种方法。利用这三种方法获得石墨烯样品在研究过程对石墨烯区域或其微结构的选择是石墨烯应用发展中的重要一步，特别是对机械剥离方法制备的石墨烯。由于机械剥离法制备的石墨烯周围往往存在大量的石墨碎片，会很大程度的影响石墨烯性质的测量和器件的加工。此外，由于石墨烯与其它结构或材料的结合可以极大的提高石墨烯的性能和应用范围，因此将选择的石墨烯精确的定点转移到目标基底或目标结构上对石墨烯材料的研究和应用有着重要的科学意义和实用价值。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种石墨烯选择性定点转移方法。使用光刻胶曝光和PMMA转移方法相结合，并利用显微镜和微操作平台进行转移的微观操作控制，可以将需要的石墨烯部分从整体结构上选择性的转移出来，转移到目标基底的指定位置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案，实施步骤如下：
步骤1：在载有石墨烯的基底上旋涂光刻胶，对需要选择的石墨烯区域曝光，显影后去除该区域的光刻胶；
步骤2：对步骤1后剩余的光刻胶覆盖区域进行曝光；
步骤3：在步骤2得到的结构上旋涂PMMA，使选择的目标石墨烯与PMMA直接接触；
步骤4：将其放入显影液中浸泡，使PMMA层下的光刻胶层被溶解，PMMA层以及附着在上面的目标石墨烯从基底上剥离，而其余石墨烯仍留在原基底上；
步骤5：将附着有目标石墨烯的PMMA层转移到新的基底上；
步骤6：调整目标石墨烯至特定位置，待水分完全蒸发之后PMMA层紧贴在新基地上；
步骤7：去除PMMA，目标石墨烯选择性转移到新基地的特定位置。
进一步，技术方案中的石墨烯可以是机械剥离方法、化学气象沉积方法、化学氧化还原方法获得的石墨烯样品，以及石墨烯微结构。
进一步，技术方案中用于实现区域选择和特定位置指定的方法可以是显微镜直接寻找或对其进行标记。
进一步，技术方案中定点转移的目标基底可以为纯的介质层，石英片、SiO2/Si、PET等，或具有结构的介质层。
本发明的有益效果是：
(1)可以选取特定区域的石墨烯进行转移，而除去不需要的区域，从而在器件加工、性质测量时避免石墨烯其它部分的影响；
(2)可以将选取的石墨烯转移到目标基底的指定位置，从而实现石墨烯对特定微结构或区域的可控覆盖；
(3)可以实现机械剥离石墨烯的选择性转移，去除周围石墨碎片的影响；
(4)本发明可以在石墨烯转移同时实现石墨烯的图形化处理，其图形化结构决定于选定区域的曝光结构。
具体实施方式
下面实施例对本发明的进行详细的描述。实施例给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1将SiO2/Si基底上的机械剥离石墨烯选择性定点转移到另一SiO2/Si片上，包括以下步骤：
(1)利用机械剥离的方法在Si/SiO2基底上制备单层石墨烯，并利用显微镜找到目标石墨烯，基底SiO2层厚度为285nm；
(2)在样品上旋涂一层正性光刻胶，转速2000rpm，时间30s，光刻胶选用AllResist公司的AR-P3510T型；
(3)显微镜聚焦800nm飞秒激光，利用双光子曝光对含有目标石墨烯的区域进行曝光，物镜为100X，飞秒激光功率为10mW，扫描速度为5μm/s；
(4)对曝光后的样品进行显影，显影后目标石墨烯区域露出，显影液选用AllResist公司的AR300-35型，显影时间为1min；
(5)用150W的氙灯对显影之后的样品进行整体曝光，曝光时间为3min；
(6)在样品上旋涂一层PMMA膜，目标石墨烯附着在PMMA层上，PMMA/氯仿溶液的浓度为0.075mg/ml，旋涂速度为3000rpm，时间为30s；
(7)将样品放入显影液中浸泡几个小时，PMMA层下的光刻胶层被溶解，PMMA层以及附着在上面的目标石墨烯从Si/SiO2基底上剥离，而其余石墨烯仍留在原基底上，显影液选用AllResist公司的AR300-35型；
(8)将附着有目标石墨烯的PMMA层转移到新的Si/SiO2基底上，然后在显微镜下利用显微操作系统调解目标石墨烯至特定位置，待水分完全蒸发之后PMMA层紧贴在新基地上；
(9)用丙酮将PMMA溶解，目标石墨烯选择性转移到新Si/SiO2基地的特定位置。

Claims (7)

1.一种石墨烯选择性定点转移方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在载有石墨烯的基底上旋涂光刻胶，对需要选择的石墨烯区域曝光，显影后去除该区域的光刻胶；
步骤2：对步骤1后剩余的光刻胶覆盖区域进行曝光；
步骤3：在步骤2得到的结构上旋涂PMMA，使选择的目标石墨烯与PMMA直接接触；
步骤4：将其放入显影液中浸泡，使PMMA层下的光刻胶层被溶解，PMMA层以及附着在上面的目标石墨烯从基底上剥离，而其余石墨烯仍留在原基底上；
步骤5：将附着有目标石墨烯的PMMA层转移到新的基底上；
步骤6：调整目标石墨烯至特定位置，待水分完全蒸发之后PMMA层紧贴在新基地上；
步骤7：去除PMMA，目标石墨烯选择性转移到新基地的特定位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的石墨烯可以是机械剥离方法、化学气象沉积方法、化学氧化还原方法获得的石墨烯样品，以及石墨烯微结构。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的光刻胶为正性光刻胶。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的选择区域曝光方法为直写曝光或掩膜板曝光。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于实现区域选择和特定位置指定的方法可以是显微镜直接寻找或对其进行标记。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，石墨烯转移到特定位置的调整利用了显微镜下的微操作平台。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定点转移的目标基底可以为纯的介质层或具有结构的介质层。
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