CN104716043B - 具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的制备方法，包括：在硅片上涂覆水溶性分子薄膜，然后在所述水溶性分子薄膜上制备第一电极；在所述水溶性分子薄膜上形成石墨烯层，所述石墨烯层不覆盖所述第一电极，并对石墨烯层进行电子束曝光，然后在所述水溶性分子薄膜上制备第二电极，以得到石墨烯场效应晶体管；第二电极用于连接第一电极和石墨烯，并且第二电极的位置不同于第一电极的位置；在硅片上具有所述石墨烯场效应晶体管的一面上涂覆非水溶性分子薄膜，得到石墨烯器件；将所述石墨烯器件与水接触，使得所述石墨烯器件的硅片脱离，从而得到具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管。采用如上的技术方案得到的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管性能优越，并且操作简单，成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制备领域，具体地，涉及一种具有柔性基底上的石墨烯场效应晶体管的制备方法，以及使用该方法制备的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管。
背景技术
石墨烯（graphene）是一种新型的只有单原子层厚度的二维碳纳米材料。它在电学、力学、光学、热学等诸多方面都具有优异的性能，被认为是下一代集成电路基底材料的有力竞争者。随着柔性电子产品譬如触摸屏、薄膜太阳能电池等在日常生活中的普及，柔性电子器件成为了一种发展趋势。石墨烯具有良好的电学、光学、机械性能，是制备柔性电子器件的理想材料。
石墨烯场效应晶体管是一类重要的电子元件，基于柔性石墨烯场效应晶体管的电子产品是未来的发展方向。近年以来，苹果、三星、诺基亚等众多电子产品公司都已投入大量精力开展基于石墨烯柔性器件的研究。到目前为止，绝大部分具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管都是通过微加工化学气相沉积法生长的石墨烯制备出来的(Kim,B.J.etal.Nano Lett.10,3464(2010);Park,S.J.et al.Nano Lett.12,5082(2012))。对于化学气相沉积法生长的石墨烯，薄膜表面具有大量褶皱结构，在转移至柔性基底的过程中容易破损，而且辅助石墨烯转移的光刻胶也很难完全除去，因而电学性能不够优异。用微机械剥离法制备的石墨烯为单晶结构，载流子迁移率高，而且避免了石墨烯从催化剂基底转移带来的复杂步骤及对石墨烯的掺杂，在高性能纳米场效应晶体管中具有很大的优势。Chen等利用转移印刷(transfer printing)技术在柔性基底上制备了机械剥离的石墨烯场效应晶体管(Chen,J.H.et al.Adv.Mater.19,3623(2007))，但是在器件制备过程中必须使用带有对准功能的纳米压印机，对仪器要求高，而且加热过程会限制器件加工过程中层与层对准的精度，大大降低了纳米器件制备的成功率。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有制备石墨烯场效应晶体管的方法制备的石墨烯场效应晶体管褶皱多、电学性能不优异或对设备要求较高的缺陷，提供一种能够有效地减少褶皱、提高电学性能、降低对设备要求的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的制备方法，以及使用该方法制备的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的制备方法，该方法包括：
（1）在硅片上涂覆水溶性分子薄膜，然后在所述水溶性分子薄膜上制备第一电极；
（2）在所述水溶性分子薄膜上形成石墨烯层，所述石墨烯层不覆盖所述第一电极，并对石墨烯层进行电子束曝光，然后在所述水溶性分子薄膜上制备第二电极，以得到石墨烯场效应晶体管；第二电极用于连接第一电极和石墨烯，并且第二电极的位置不同于第一电极的位置；
（3）在硅片上具有所述石墨烯场效应晶体管的一面上涂覆非水溶性分子薄膜，得到石墨烯器件；
（4）将所述石墨烯器件与水接触，使得所述石墨烯器件上的硅片脱离，从而得到具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管。
优选地，所述水溶性分子不溶于丙酮；更优选地，所述水溶性分子为聚乙烯醇、聚丙烯酸和葡聚糖中的一种或多种。
优选地，所述第一电极和第二电极均独立地选自金电极或铬金电极，更优选地，所述第一电极和第二电极均为铬金电极；优选地，所述铬金电极分为铬层和金层，且所述铬层和金层的厚度比为1:8-12；所述铬层与所述水溶性分子薄膜相连。
优选地，所述非水溶性分子为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺和聚碳酸酯中的一种或多种。
优选地，将石墨烯器件与水接触的温度为20-100℃。
上述制备的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的方法具有如下的优点：
（1）具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的褶皱量大大减少；
（2）具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的迁移率高，例如，实施例1制备的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的空穴迁移率为4600cm2/（V·s），电子迁移率为4100cm2/（V·s）；
（3）步骤简单，条件温和，易于操作，无需特殊的大型仪器；
（4）制备的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的尺寸可以达到微米量级，作为传感器时具有更高的灵敏度。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为实施例1制备具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的工艺流程图。
图2为实施例中使用的固体掩膜版的图案。
图3为实施例1制备的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的光学显微镜照片，放大倍数为50倍，标尺为200μm。
图4为实施例1制备的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的光学显微镜照片，放大倍数为1000倍，标尺为10μm。
图5为实施例1制备的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的电学性能曲线。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
一方面，本发明提供了一种具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的制备方法，该方法包括：
（1）在硅片上涂覆水溶性分子薄膜，然后在所述水溶性分子薄膜上制备第一电极；
（2）在所述水溶性分子薄膜上形成石墨烯层，所述石墨烯层不覆盖所述第一电极，并对石墨烯层进行电子束曝光，然后在所述水溶性分子薄膜上制备第二电极，以得到石墨烯场效应晶体管；第二电极用于连接第一电极和石墨烯，并且第二电极的位置不同于第一电极的位置；
（3）在硅片上具有所述石墨烯场效应晶体管的一面上涂覆非水溶性分子薄膜，得到石墨烯器件；
（4）将所述石墨烯器件与水接触，使得所述石墨烯器件上的硅片脱离，从而得到具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管。
根据本发明，为了降低工件表面的粗糙度，以获得光亮、平整的加工表面，从而进一步提高所制备的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的性能，优选表面已被抛光的硅片。所述抛光的方法为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。
根据本发明，在对石墨烯进行电子束曝光时，为了避免硅片表面上含有的二氧化硅影响对石墨烯的定位，从而影响对石墨烯的操作，优选情况下，所述硅片待涂覆水溶性分子薄膜的一面上不含有二氧化硅。
为了避免硅片表面上的碎屑以及有机污染物的干扰，增加待处理面的亲水性，本发明还优选对所述硅片进行清洗。清洗的方法没有特别的限制，只要能够将硅片表面上的碎屑以及有机污染物有效的去除即可。根据本发明一种优选的实施方式，所述清洗的方法为：用去离子水在60-80w的功率下超声清洗5-20分钟，以去除硅片表面上的碎屑；再用丙酮在60-80w的功率下超声清洗5-20分钟，以除去其表面上的有机污染物；然后再用乙醇和/或异丙醇在60-80w的功率下超声清洗5-20分钟，以去除硅片表面上残留的丙酮；优选地，每步清洗，硅片从液体中取出后均用氮气枪将其吹干；最后将硅片用功率为80-120w的氧等离子体清洗3-10分钟，进一步去除硅片表面上的杂质分子，增加硅片表面亲水性。
根据本发明，对所述水溶性分子的种类不受特别的限制，只要其能够有效地在水中溶解即可。优选的情况下，所述水溶性分子为溶于水但不溶于丙酮的物质。更优选地，所述水溶性分子选自聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酸（PAA）和葡聚糖（Dextran）中的一种或多种。其中，水溶性分子的溶液的浓度也没有特别的限制，例如，可以为5-7重量%，其中，溶剂可以为水。
其中，本发明对所述水溶性分子的分子量没有特别的限制，例如，PVA的相对分子量可以为1.3万-15万，PAA的相对分子量可以为2万-10万，Dextran的相对分子量可以为2万-100万。
本发明对所述水溶性分子薄膜的厚度也没有特别的限制，例如，可以为295-850nm。根据本发明一种优选的实施方式，为了后续对石墨烯进行电子束曝光的过程中便于对石墨烯的定位，当所述水溶性分子薄膜为聚乙烯醇薄膜时，其厚度为310-330nm、490-510nm、645-665nm或830-850nm；当所述水溶性分子薄膜为聚丙烯酸薄膜时，其厚度为325-335nm、480-500nm、650-670nm或820-840nm；当所述水溶性分子薄膜为葡聚糖薄膜时，其厚度为295-305nm、470-495nm、655-670nm或815-835nm。
根据本发明，在硅片上涂覆所述水溶性分子以形成薄膜的方法可以为本领域常规的涂覆方法，例如，可以使用甩胶机进行旋涂。所述旋涂的条件可以包括，例如，转速可以为1500-2000rpm，时间可以为30-90s。
根据本发明，该方法还包括旋涂结束后的干燥步骤，所述干燥的条件包括，例如，温度可以为100-120℃，时间可以为3-10min。
根据本发明，在所述水溶性分子薄膜上制备第一电极的方法没有特别的限制，可以为本领域常规的任意制备电极的方法。优选地，本发明采用固体掩膜版（shadow mask）的方法使用热蒸镀仪在所述水溶性分子薄膜上蒸镀第一电极。其中，所述第一电极的位置和根数（至少为两根）由掩膜版的图案确定。所述掩膜版的图案可以为本领域中任意的掩膜版图案，本领域技术人员可以根据具体的需要进行选择。此外，所述固体掩膜版的方法为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。
本发明对所述第一电极的厚度也没有特别的限制，综合考虑成本以及所得具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的性能，所述第一电极的厚度可以为50-100nm。
所述第一电极可以为本领域常规的电极，优选地，所述第一电极为金电极或铬金电极。为了增加第一电极与所述水溶性分子薄膜的粘附性，使得在操作的过程中第一电极不易脱落，所述第一电极更优选为铬金电极，且将所述铬金电极设置为铬层和金层，所述铬层与所述水溶性分子薄膜相连。其中，为了不影响制得的石墨烯场效应晶体管的性能，所述铬层和金层的厚度比可以为1:8-12。
根据本发明，获得石墨烯的方法可以为现有技术的常规方法。为了进一步降低所述石墨烯场效应晶体管表面的褶皱，所述石墨烯优选利用胶带通过机械剥离的方法制备得到，并将其转移至水溶性分子薄膜上。所述石墨烯层优选为单层石墨烯。所述转移的方法为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。
本发明中，优选使用光学显微镜对水溶性分子薄膜上的石墨烯进行定位，以便进行电子束曝光。所述电子束曝光的方法为本领域技术人员所公知，具体可以为：在转移有石墨烯的硅片上旋涂一层厚度为250-350nm的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜，转速为2000-3000rpm，旋涂时间为30-90s；然后将硅片在60-120℃下加热2-5min，并放入扫描电子显微镜/聚焦离子束双束系统中进行加工，系统根据所设计的图案自动在PMMA上曝光出相应的图案；曝光结束后，将硅片在显影液（甲基异丁基酮（MIBK）：异丙醇（IPA）=1:3，体积比）中浸泡60-90s，然后在IPA中浸泡20-40s。其中，所述电子束曝光的条件可以包括：电子束电压为30kV，曝光剂量为300-400μC/cm2，曝光时间为1-30min。
根据本发明，在所述水溶性分子薄膜上制备第二电极的方法以及第二电极的选择和厚度与第一电极相同，为了避免不必要的重复，在此不再赘述。其中，所述第二电极的位置不同于第一电极的位置，并且所述二电极用于连接第一电极和石墨烯。
其中，对于第二电极的根数不受特别的限制，只要能够将第一电极和石墨烯层连接即可。一般情况下，至少为两根，本领域技术人员能够根据实际情况确定所使用的根数，在此不再赘述。
根据本发明，对所述非水溶性分子的种类不受特别的限制，只要其不溶于水并且不影响石墨烯场效应晶体管的性能即可。优选地，所述非水溶性分子为聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚碳酸酯（PC）中的一种或多种。其中，非水溶性分子的溶液的浓度也没有特别的限制，例如，可以为8-12重量%，其中，溶剂可以为有机溶剂，具体的但并不限于氯苯、甲苯、氯仿等。
其中，本发明对所述水溶性分子的分子量没有特别的限制，例如，PS的相对分子量可以为5万-50万，PMMA的相对分子量可以为2.5万-100万，PC的相对分子量可以为3万-5万。
本发明对所述非水溶性分子薄膜的厚度也没有特别的限制，例如，厚度可以大于2μm，优选为2-5μm。
根据本发明，涂覆所述非水溶性分子以形成薄膜的方法可以与涂覆水溶性分子已形成薄膜的方法相同。此外，为了提高非水溶性薄膜的机械强度，本发明优选通过多次将非水溶性分子涂覆在石墨烯场效应晶体管的一面上，优选为3-5次。
根据本发明，该方法还包括旋涂非水溶性分子结束后的干燥步骤，所述干燥的条件，例如，温度可以为100-120℃，时间为3-10min。
根据本发明，该方法还包括对非水溶性分子薄膜的修整步骤，例如，可以使用刀片将硅片周边边缘的非水溶性分子的薄膜轻轻刮掉。
根据本发明，步骤（4）中，对所述接触的条件也没有具体的要求，只要能够使得具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管与其负载的的硅片脱离即可。优选地，将石墨烯器件与水接触的条件包括：接触的温度为20-100℃。所述接触的时间本领域技术人员可以根据实际的情况进行调整，例如，可以为1-7小时。
进一步优选地，当所述水溶性分子的薄膜为聚乙烯醇薄膜时，所述接触的温度可以为60-95℃，接触的时间可以为5-7小时；当所述非水溶性分子的薄膜为聚丙烯酸薄膜或葡聚糖薄膜时，所述接触的温度可以为30-50℃，接触的时间可以为1-3小时。
另一方面，本发明还提供了由上述方法制备的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例中：
硅片为购自Silicon Valley Microelectronics公司的（111）晶向硅片；
甩胶机购自中科院微电子所，型号为KW-4A；
热蒸镀仪购自北京中科科仪股份有限公司，型号SBC-2；
扫描电子显微镜/聚焦离子束双束系统购自美国FEI公司，型号Nova200NanoLab；
电生理数据采集与分析系统购自美国Axon公司，型号为Digidata1440A；
磷酸盐缓冲液：NaCl8.00g/L，Na2HPO4·12H2O2.9g/L，KH2PO4·2H2O0.24g/L，KCl0.2g/L。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的制备方法。
（1）将经表面抛光的、表面没有二氧化硅层的、大小约为3cm×3cm的（111）晶向硅片用去离子水在70w功率下超声清洗10分钟，去除硅片表面的碎屑；再用丙酮在60w功率下超声清洗20分钟，除去其表面有机污染物；用乙醇在80w功率下清洗5分钟，去除硅片表面残留丙酮；每次清洗结束，均用氮气枪将硅片吹干；最后用功率为100w的氧等离子体清洗5分钟。
（2）使用甩胶机，将5重量%的PVA（sigma-aldrich，相对分子质量85000-124000，批号：16796TJ）水溶液旋涂在步骤（1）清洗过的硅片表面，甩胶机的转速为1800rpm，旋涂时间为1分钟，得到厚度为650nm的PVA薄膜。旋涂结束后将硅片在115℃下加热5分钟，得到Si/PVA表面。然后在PVA薄膜上通过固体掩膜版的方法用热蒸镀仪蒸镀上厚度为5nm/50nm的第一Cr/Au电极。固体掩膜版的图案如图2所示。
（3）利用胶带通过微机械剥离的方法制备出单层石墨烯并将其转移到步骤（2）得到的薄膜上，并通过光学显微镜定位石墨烯的位置；采用电子束曝光的方法在石墨烯上形成图案（如图3和图4所示），电子束电压为30kV，曝光剂量为320μC/cm2，曝光时间为2min。然后用热蒸镀仪蒸镀厚度为5nm/50nm的第二Cr/Au电极，从而获得Si/PVA基底上的石墨烯场效应晶体管。
（4）将10重量%的PS（Sinopec666D，相对分子质量20万）氯苯溶液旋涂于步骤（3）得到的Si/PVA基底上的石墨烯场效应晶体管的一面上，转速为2000rpm，时间为1min，总共旋涂5次，PS薄膜的厚度约为5μm；旋涂结束后将硅片置于115℃下加热5分钟；用刀片将硅片四边边缘的PS膜轻轻刮掉；将硅片浸入去离子水中，85℃下加热6h后PVA膜完全溶解，附带有石墨烯场效应晶体管的PS薄膜与硅片分离漂浮在水上，从而得到了具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管。图3和图4是PS基底上石墨烯场效应晶体管的光学照片，放大倍数分别为50倍和1000倍。
（5）将制备的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管用胶水粘贴在厚度为100μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜上，电极面朝上，用银线将其连接到电生理数据采集与分析系统，以Ag/AgCl为参比电极，通过0.1mol/L的磷酸盐缓冲液对器件加-0.4V至0.6V的栅压，测量其电学性能，结果如图5所示。经过计算，所得具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管空穴和电子迁移率分别为4600cm2/（V·s）和4100cm2/（V·s），狄拉克点在0.1V附近，开关比大于3。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的制备方法。
（1）将经表面抛光的、表面没有二氧化硅层的、小约为3cm×3cm的（111）晶向硅片用去离子水在60w功率下超声清洗20分钟，去除硅片表面的碎屑；再用丙酮在70w功率下超声清洗10分钟，除去其表面有机污染物；用乙醇在70w功率下清洗10分钟，去除硅片表面残留丙酮；每次清洗结束，均用氮气枪将硅片吹干；最后用功率为120w的氧等离子体清洗3分钟。
（2）使用甩胶机，将7重量%的PAA（sigma-aldrich，相对分子质量100,000）水溶液旋涂在步骤（1）清洗过的硅片表面，甩胶机的转速为2000rpm，旋涂时间为30分钟，得到厚度为330nm的PAA薄膜。旋涂结束后将硅片在100℃下加热10分钟，得到Si/PAA表面。然后在PAA薄膜上通过固体掩膜版的方法用热蒸镀仪蒸镀上厚度为4nm/48nm的第一Cr/Au电极。固体掩膜版的图案如图2所示。
（3）利用胶带通过微机械剥离的方法制备出单层石墨烯并将其转移到步骤（2）得到的薄膜上，并通过光学显微镜定位石墨烯的位置；采用电子束曝光的方法在石墨烯上形成图案，电子束电压为30kV，曝光剂量为350μC/cm2，曝光时间为2min。然后用热蒸镀仪蒸镀厚度为5nm/60nm的第二Cr/Au电极，从而获得Si/PAA基底上的石墨烯场效应晶体管。
（4）将12重量%的PMMA（sigma-aldrich，相对分子质量500,000）甲苯溶液旋涂于步骤（4）得到的Si/PAA基底上的石墨烯场效应晶体管的一面上，转速为1800rpm，时间为40min，总共旋涂3次，PMMA薄膜的厚度约为3.5μm；旋涂结束后将硅片置于120℃下加热3分钟；用刀片将硅片四边边缘的PMMA膜轻轻刮掉；将硅片浸入去离子水中，40℃下加热2h后PAA薄膜完全溶解，附带有石墨烯场效应晶体管的PMMA薄膜与硅片分离漂浮在水上，从而得到了具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管。
（5）将制备的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管用胶水粘贴在厚度为100μm的PET薄膜上，电极面朝上，用银线将其连接到电生理数据采集与分析系统，以Ag/AgCl为参比电极，通过0.1mol/L的磷酸盐缓冲液对器件加-0.4V至0.5V栅压，测量其电学性能。经过计算，所得具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管空穴和电子迁移率分别为4400cm2/（V·s）和3900cm2/（V·s），狄拉克点在0.1V附近，开关比大于2。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的制备方法。
（1）将经表面抛光的、表面没有二氧化硅层的、小约为3cm×3cm的（111）晶向硅片用去离子水在80w功率下超声清洗5分钟，去除硅片表面的碎屑；再用丙酮在80w功率下超声清洗5分钟，除去其表面有机污染物；用乙醇在60w功率下清洗20分钟，去除硅片表面残留丙酮；每次清洗结束，均用氮气枪将硅片吹干；最后用功率为80w的氧等离子体清洗10分钟。
（2）使用旋涂仪，将6重量%的Dextran（sigma-aldrich，相对分子质量660,000）水溶液旋涂在步骤（1）清洗过的硅片表面，甩胶机的转速为1500rpm，旋涂时间为90分钟，得到厚度为830nm的Dextran薄膜。旋涂结束后将硅片在120℃下加热3分钟，得到Si/Dextran表面。然后在Dextran薄膜上通过固体掩膜版的方法用热蒸镀仪蒸镀上厚度为7nm/56nm的第一Cr/Au电极。固体掩膜版的图案如图2所示。
（3）利用胶带通过微机械剥离的方法制备出单层石墨烯并将其转移到步骤（2）得到的薄膜上，并通过光学显微镜定位石墨烯的位置；采用电子束曝光的方法在石墨烯上形成图案。然后用热蒸镀仪蒸镀厚度为5nm/50nm的第二Cr/Au电极，从而获得Si/Dextran基底上的石墨烯场效应晶体管。
（4）将8重量%的PC（Bayer Makrolon，相对分子质量4万）氯仿溶液旋涂于步骤（4）得到的Si/Dextran基底上的石墨烯场效应晶体管的一面上，转速为1500rpm，时间为90min，总共旋涂4次，PC薄膜的厚度约为2μm；旋涂结束后将硅片置于100℃下加热10分钟；用刀片将硅片四边边缘的PC膜轻轻刮掉；将硅片浸入去离子水中，50℃下加热1h后Dextran膜完全溶解，附带有石墨烯场效应晶体管的PC薄膜与硅片分离漂浮在水上，从而得到了具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管。
（5）将制备的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管用胶水粘贴在厚度为100μm的PET薄膜上，电极面朝上，用银线将其连接到电生理数据采集与分析系统，以Ag/AgCl为参比电极，通过0.1mol/L的磷酸盐缓冲液对器件加-0.4V至0.5V栅压，测量其电学性能。经过计算，所得具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管空穴和电子迁移率分别为4100cm2/（V·s）和3800cm2/（V·s），狄拉克点在0.1V附近，开关比大于2。
由以上实施例可以看出，本发明采用胶带通过微机械剥离的方法制备单层石墨烯，能够大大减少所得石墨烯场效应晶体管的褶皱，尺寸可以达到微米量级，作为传感器时具有更高的灵敏度。并且空穴迁移率和电子迁移率能够达到现有的水平，例如，文献Zengguang Cheng,Qiang Li,Zhongjun Li et.al.Suspended Graphene Sensors withImproved Signal and Reduced Noise.Nano letts.2010,10(5),1864–1868所报道的。另外，步骤简单，条件温和，易于操作，无需特殊的大型仪器本发明的方法，能够大大节省成本。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (13)
1.一种具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的制备方法，该方法包括：
(1)在硅片上涂覆水溶性分子薄膜，然后在所述水溶性分子薄膜上制备第一电极；
(2)在所述水溶性分子薄膜上形成石墨烯层，所述石墨烯层不覆盖所述第一电极，并对石墨烯层进行电子束曝光，然后在所述水溶性分子薄膜上制备第二电极，以得到石墨烯场效应晶体管；第二电极用于连接第一电极和石墨烯，并且第二电极的位置不同于第一电极的位置；
(3)在硅片上具有所述石墨烯场效应晶体管的一面上涂覆非水溶性分子薄膜，得到石墨烯器件；
(4)将所述石墨烯器件与水接触，使得所述石墨烯器件上的硅片脱离，从而得到具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管；
其中，步骤(1)中所述硅片待涂覆水溶性分子薄膜的一面上不含有二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)中，所述水溶性分子不溶于丙酮。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述水溶性分子为聚乙烯醇、聚丙烯酸和葡聚糖中的一种或多种。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述水溶性分子薄膜的厚度为295-850nm。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电极至少为两根，每根的厚度为50-100nm；所述第二电极至少为两根，每根的厚度为50-100nm。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一电极和第二电极均独立地选自金电极或铬金电极。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一电极和所述第二电极均为铬金电极，所述铬金电极分为铬层和金层，且铬层和金层的厚度比为1:8-12；所述铬层与所述水溶性分子薄膜相连。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(2)中，对所述石墨烯进行电子束曝光的条件包括：电子束电压为30kV，曝光剂量为300-400μC/cm2，曝光时间为1-30min。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(3)中，所述非水溶性分子为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯中的一种或多种。
10.根据权利要求1或9所述的方法，其中，步骤(3)中，所述非水溶性分子薄膜的厚度大于2μm。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(3)中，所述非水溶性分子薄膜的厚度为2-5μm。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(4)中，将石墨烯器件与水接触的条件包括：接触的温度为20-100℃；时间为1-7小时。
13.权利要求1-12中任意一项所述的方法制备的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管。
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