CN103915319A - 一种转移cvd石墨烯制备石墨烯器件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于碳基集成电路制造技术领域，具体涉及一种转移CVD石墨烯制备石墨烯器件的方法。在一块衬底上（如二氧化硅衬底），利用一块设计好形状的掩模板，采用物理气相沉积的方法在衬底上淀积一层薄铜，之后再在衬底上淀积制备器件所需的金属电极金；利用低压化学气相沉积的方法在电极之间生长石墨烯，不需旋涂PMMA，直接刻蚀铜，去除完铜后进行清洗，即可制备得石墨烯器件。本发明方法简单方便可靠，不需旋涂PMMA，减少对石墨烯的玷污和损伤，改善石墨烯器件电极接触电阻。该方法是转移的CVD石墨烯制备石墨烯器件的一种基本方法。
Description
技术领域
本发明属于碳基集成电路制造技术领域，具体涉及一种制备石墨烯器件的方法。
背景技术
石墨烯作为未来可能替代硅成为下一代半导体行业基础材料，其有着不一样的优良的性能。石墨烯（Graphene）是由单层六角元胞碳原子组成的蜂窝状二维晶体，是石墨中的一层，图1所示为石墨烯的基本结构示意图。石墨烯具有远比硅高的载流子迁移率，石墨烯具有室温下高速的电子迁移率200 000 cm2∕V·s、量子霍尔效应、高的理论比表面积2600 m2/g、还具有高热导率3000 W/m·K和出色的力学性能(高模量 1060GPa，高强度 130GPa)，被认为在单分子探测器、集成电路、场效应晶体管等量子器件、功能性复合材料、储能材料、催化剂载体等方面有广泛的应用前景。
对于石墨烯的制备，一般都用到低压化学气相沉积的方法，因为这种方法可以制备大面积连续的石墨烯，比起撕石墨烯的方法简单快速便捷。然而在铜上生长石墨烯很难直接制备石墨烯器件。如需制备石墨烯器件，需要将石墨烯转移到绝缘衬底上，如二氧化硅衬底。在转移的过程中，需要用到PMMA旋涂到石墨烯上，再腐蚀掉铜，再转移到绝缘衬底，之后需要将样品放入到丙酮中去除PMMA，然而PMMA很难完全去除掉，有一些PMMA会一直粘附在石墨烯上。本发明的目的就是避免CVD石墨烯转移的过程中用到PMMA，减少PMMA对石墨烯器件的影响。
本发明可以先直接在绝缘衬底上淀积好一层薄膜铜，作为之后生长石墨烯所需的催化剂。接着淀积石墨烯器件的电极金（Au），然后再生长石墨烯，石墨烯会覆盖在电极金和铜膜上，石墨烯会与电极金充分接触，减少器件的接触电阻，形成连续的石墨烯。然后用过硫酸铵溶液去除掉铜后，对样品清洗烘干，这样就转移好石墨烯，形成石墨烯器件。通过这种方法可以实现转移CVD石墨烯到绝缘衬底上，改善器件电极接触电阻，避免用到PMMA，制备性能优良的石墨烯器件。这是一种有效和新颖的方法，将进一步推动碳基集成电路的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在转移CVD石墨烯的过程中不需要用到PMMA的，制备性能优良的石墨烯器件的方法。
本发明提出的转移CVD石墨烯制备石墨烯器件的方法，具体步骤包括：
（1）提供二氧化硅衬底；
（2）利用掩膜板，采用物理气相沉积方法在衬底上淀积铜薄膜和器件所需的电极金；
（3）利用低压化学气相沉积方法在上述器件电极之间生长石墨烯；
（4）用过硫酸铵溶液去除掉铜，对样品清洗烘干，形成器件。
进一步地，所述的提供二氧化硅衬底样品应十分平整和光滑，表面经过抛光处理。之后要对样品进行清洗，去除样品表面的杂质，颗粒，残留试剂等，使衬底十分干净，平整光滑，没有玷污。接着在衬底上淀积铜薄膜，作为生长石墨烯所需的催化剂。淀积器件的电极金Au，然后再生长石墨烯。之后用过硫酸铵溶液去除掉铜后，对样品清洗烘干，这样生长的石墨烯就覆盖在衬底和电极上，就完成了CVD石墨烯的转移，完全不需要用到旋涂PMMA，最后形成石墨烯器件。
本发明是避免用到了PMMA，从而避免了PMMA对石墨烯的玷污，因为覆盖在石墨烯上的PMMA很难完全去除掉。再衬底上淀积好电极之后再生长石墨烯的过程中，减少了工艺步骤，减少对石墨烯的损伤。而且可以在铜上和金上生长石墨烯，生成的石墨烯连续。在金鱼铜接触面和金上表面都会生长石墨烯，这样石墨烯与电极金充分接触，极大地减少石墨烯器件的接触电阻，使得石墨烯器件更加优良。通过这种新型转移CVD石墨烯的方法制备石墨烯器件，方法简单方便可靠，减少对石墨烯损伤，极大改善电极接触电阻，改善石墨烯器件性能。该方法可以作为新型转移CVD石墨烯，制备石墨烯器件的一种基本方法。
附图说明
图1为石墨烯基本结构示意图。
图2至图5为本发明提供一种新的转移CVD石墨烯制备石墨烯器件过程示意图。
图6为本发明操作流程图。
具体实施方式
本发明提出一种新的转移CVD石墨烯制备石墨烯器件的方法。这种新型的转移CVD石墨烯制备石墨烯器件的方法，工艺步骤简单，方便可靠，其中不需引入旋涂PMMA来玷污损伤石墨烯，制备器件电极接触电阻小，制备石墨烯器件性能优良。以下所述的是采用本发明所提出新的转移CVD石墨烯制备石墨烯器件的实施例。
在图中，为了方便说明，结构大小和比例并不代表实际尺寸。
首先，对一块300nm厚度的二氧化硅（SiO2）101衬底样品进行清洁处理，使其表面干净光滑平整，没有杂质，颗粒，残留试剂等，没有玷污。其中二氧化硅衬样品如图2中的101所示。
接着，利用掩膜板，采用物理气相沉积方法在二氧化硅101衬底上淀积上200nm厚度的铜薄膜。具体步骤为。当反应腔中真空度达到5.3×10-3 mbar,开始在淀积铜，其中样品旋转为40转每分钟，淀积5分钟。当淀积结束后，关闭物理气相沉积仪器，取出样品，在二氧化硅衬底形成石墨烯成核位点102，如图3所示。
接着，同上步一样，利用掩膜板，采用物理气相沉积在样品淀积上器件所需的电极金，电极淀积在铜薄膜边上，形成石墨烯器件电极103，如图4所示。
接着，将样品放入低压化学气相沉积的反应炉中，开启反应炉。通入氩气，清除掉反应炉中的空气，然后通入氢气10sccm和500sccm氩气，加热反应炉，待温度上升到1000度，关闭氩气，打开甲烷5sccm,氢气8sccm 反应5分钟。快速冷却，最后待样品冷却至常温，取出样品。生长石墨烯104，如图5所示。
最后，去除铜。将生长完石墨烯的样品放入过硫酸铵溶液，腐蚀掉电极中间的铜，待铜消失了，用去离子水清洗。之后将样品放入烘烤箱中烘烤，这样一个背栅石墨烯器件就形成了。
如上所述，在不偏离本发明精神和范围的情况下，还可以构成许多有很大差别的实施例。本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。
Claims (2)
1.一种转移CVD石墨烯制备石墨烯器件的方法，其特征在于具体步骤为：
（1）提供二氧化硅衬底；
（2）利用掩膜板，采用物理气相沉积方法在衬底上淀积铜薄膜和器件所需的电极金；
（3）利用低压化学气相沉积方法在上述器件电极之间生长石墨烯；
（4）用过硫酸铵溶液去除掉铜，对样品清洗烘干，形成器件。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述的二氧化硅衬底表面先要经过抛光处理，并进行清洗，去除表面的杂质、颗粒、残留试剂，使衬底表面干净，平整光滑，没有玷污。
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