CN109385614A - 石墨烯薄膜的形成方法、mems麦克风及其形成方法 - Google Patents
石墨烯薄膜的形成方法、mems麦克风及其形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109385614A CN109385614A CN201710681563.5A CN201710681563A CN109385614A CN 109385614 A CN109385614 A CN 109385614A CN 201710681563 A CN201710681563 A CN 201710681563A CN 109385614 A CN109385614 A CN 109385614A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- graphene film
- layer
- graphene
- forming method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/01—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes on temporary substrates, e.g. substrates subsequently removed by etching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
- C23C16/0281—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating of metallic sub-layers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
- H04R19/04—Microphones
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
Abstract
本发明提供了一种石墨烯薄膜的形成方法、MEMS麦克风及其形成方法,包括:在衬底中引入气体离子和/或气体原子;在衬底上依次形成过渡层和一石墨烯薄膜;在去除过渡层的过程中,由气体离子和/或气体原子在衬底表面上所产生的气泡吸引所述石墨烯薄膜,以使石墨烯薄膜附着在所述衬底上。即,根据本发明提供的形成方法,不需要再额外提供一过渡基底即可将石墨烯薄膜形成在目标基底上,有效节省了成本;并且,石墨烯薄膜是在气泡的吸引下,使其内部的毛细通道自发的与气泡发生桥接进而吸附在衬底上的,从而可有效减小石墨烯薄膜发生开裂或破损的风险。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,特别涉及一种石墨烯薄膜的形成方法、 MEMS麦克风及其形成方法。
背景技术
石墨烯是一种具有二维蜂窝的纳米结构,其具有较高的电子迁移率、 杨氏模量和导热性能,而引起各领域研究者的极大兴趣。例如,在电子器 件、透明电极材料、储能材料等众多领域中均具有广阔的应用前景。
为了实现石墨烯的各种潜在应用,通常需要将石墨烯薄膜形成在特定 的基底表面,例如硅基底或硅-氧化硅基底上。此外,化学气相沉积工艺因 其能够实现大规模生产并能够生长高质量、大面积的石墨烯薄膜等优点, 而成为形成石墨烯薄膜的重要手段。然而,利用化学气相沉积工艺形成石 墨烯薄膜时,通常需提供一过渡基底,并将石墨烯薄膜沉积在所述过渡基 底上,接着再去除过渡基底,并利用目标基底承接脱离出的石墨烯薄膜, 进而使石墨烯薄膜形成在目标基底上。
可见,目前在目标基底上形成石墨烯薄膜的工艺较为复杂,并且在利 用目标基底承接石墨烯薄膜的过程中,极易发生石墨烯薄膜开裂或破损的 问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯薄膜的形成方法,以改善石墨烯薄 膜发生开裂或破损的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种石墨烯薄膜的形成方法,包括:
提供一衬底,并对所述衬底执行预处理以在所述衬底中引入气体离子 和/或气体原子;
在所述衬底上依次形成一过渡层和一石墨烯薄膜;
在高于常温的预定温度下去除所述过渡层,在所述预定温度下,所述 气体离子和/或气体原子在所述衬底的表面上产生气泡;以及,
在去除所述过渡层的过程中,由所述气体离子和/或气体原子在所述衬 底表面上所产生的气泡吸引所述石墨烯薄膜,以使石墨烯薄膜附着在所述 衬底上。
可选的,所述预定温度为500℃~1500℃。
可选的,所述衬底包括一基底和一缓冲层,所述缓冲层形成在所述基 底上。
可选的,所述预处理为离子注入工艺。
可选的,所述气体离子为氮离子、氧离子、氢离子或氦离子;所述气 体原子为氮原子、氧原子、氢原子或氦原子。
可选的,利用湿法刻蚀去除所述过渡层。例如,当所述过渡层为金属 层时,可采用酸性溶液刻蚀所述金属层以去除所述金属层。
可选的,利用化学气相沉积工艺形成所述石墨烯薄膜。
可选的,在去除所述过渡层之前,还包括在所述石墨烯薄膜上形成一 转移媒介层;在去除所述过渡层之后,还包括去除所述转移媒介层。
可选的,所述转移媒介层为聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷或热 熔胶。
可选的,所述衬底的材料至少包括非金属材料。
本发明的有一目的在于提供一种MEMS麦克风的形成方法,包括:
利用如上所述的石墨烯薄膜的形成方法,在所述衬底上形成一石墨烯 薄膜,所述石墨烯薄膜用于形成所述MEMS麦克风的振动膜。
可选的,所述MEMS麦克风的形成方法还包括:
在所述衬底上形成一第一牺牲层,所述石墨烯薄膜形成在所述第一牺 牲层上;
在所述衬底中形成一贯穿所述衬底并暴露出所述第一牺牲层的开口, 所述开口构成一背腔;
通过所述背腔去除部分所述第一牺牲层,暴露出部分所述石墨烯薄膜。
可选的,所述MEMS麦克风的形成方法还包括:
在所述石墨烯薄膜上依次形成一第二牺牲层和一背极板,所述背极板 中形成有多个贯穿所述背极板的通孔;
去除所述石墨烯薄膜和所述背极板之间的部分第二牺牲层,以形成一 空腔。
本发明的又一目的在于提供一种MEMS麦克风,包括利用权利要求1 至11任一项所述的形成方法形成的石墨烯薄膜,所述石墨烯薄膜作为所述 MEMS麦克风的振动膜。
在本发明提供的石墨烯薄膜的形成方法中,通过在衬底中引入气体离 子和/或气体原子,从而在后续去除过渡层的预定温度条件下,所述气体离 子和/或气体原子可在衬底的表面上形成气泡,所述气泡能够吸引所述石墨 烯薄膜,从而在去除衬底和石墨烯薄膜之间的过渡层后,可直接将脱离出 的石墨烯薄膜吸附在衬底上。进一步的,在去除所述过渡层时可置于一高 温条件下,以加快所述气泡的形成。可见,根据本发明提供的形成方法,并不需要再额外提供一过渡基底即可将石墨烯薄膜直接形成在目标基底 上,有效节省成本;并且,所述石墨烯薄膜是在气泡的吸引下,使其内部 的毛细通道自发的与气泡发生桥接,进而吸附在衬底上,避免对石墨烯薄 膜施加较大的外力,从而可有效减小石墨烯薄膜发生开裂或破损的风险。
利用如上所述的石墨烯薄膜的形成方法形成MEMS麦克风中的振动 膜,可使所形成的振动膜具有更高的电子迁移率以及更高的杨氏模量,从 而使所形成的MEMS麦克风具备更好的灵敏度和机械强度,有利于改善 MEMS麦克风的信噪比(good signal-to-noiseratio,SNR)和声过载点 (acoustic overload point,AOP)。此外,由于石墨烯材料可形成厚度较薄 的薄膜,因此由石墨烯薄膜所构成的振动膜的厚度也较薄,从而在确保振 动膜的机械性能的基础上,还可使MEMS麦克风在工作过程中其所需的驱 动电压和驱动电流均较小,进而可有效节省功率的消耗。
附图说明
图1为本发明实施例一中的石墨烯薄膜的形成方法的流程示意图;
图2a-2f为本发明实施例一中的石墨烯薄膜的形成方法在其制备过程 中的结构示意图;
图3为本发明一实施例中的MEMS麦克风的形成方法的流程示意图;
图4a-4e为本发明一实施例中的MEMS麦克风的形成方法在其制备过 程中的结构示意图。
具体实施方式
石墨烯由于其在机械、电学、光学和化学具有优异的性能,使其拥有 巨大的应用前景。然而,当需要在特定的基底上形成石墨烯薄膜时,通常 需提供一过渡基底,并使石墨烯薄膜形成在过渡基底上,接着再将形成的 石墨烯薄膜转移到特定的基底上。如此,不仅使石墨烯薄膜的转移过程较 为繁琐,并且还易于造成石墨烯薄膜的开裂或破损。
为此,本发明提供了一种石墨烯薄膜的形成方法。图1为本发明实施 例一中的石墨烯层的形成方法的流程示意图,如图1所示,所述石墨烯层 的形成方法包括:
步骤S110,提供一衬底,并对所述衬底执行预处理以在所述衬底中引 入气体离子和/或气体原子;
步骤S120,在所述衬底上依次形成一过渡层和一石墨烯薄膜;
步骤S130,在高于常温的预定温度下去除所述过渡层,在所述预定温 度下,所述气体离子和/或气体原子在所述衬底的表面上产生气泡;在去除 所述过渡层的过程中,由所述气体离子和/或气体原子在所述衬底表面上所 产生的气泡吸引所述石墨烯薄膜,以使石墨烯薄膜附着在所述衬底上。
本发明提供的石墨烯层的形成方法中,通过在衬底中植入气体离子和/ 或气体原子,从而在去除过渡层的过程中,可利用所述气体离子和/或气体 原子产生气泡以吸引石墨烯薄膜,并与石墨烯薄膜内的毛细通道桥接,实 现将石墨烯薄膜直接转移至衬底上的目的。不仅不需要额外再提供一过渡 基底,并且还可进一步结合化学气相沉积工艺形成石墨烯薄膜,以形成大 面积且质量较佳的石墨烯薄膜。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的石墨烯层的形成方法、MEMS麦克风及其形成方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求 书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的 形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例 的目的。
图2a-2e为本发明实施例一中的石墨烯薄膜的形成方法在其制备过程 中的结构示意图。以下结合图1和图2a-2e,对本实施例中的石墨烯薄膜的 形成方法进行详细说明。
首先,执行步骤S110,参考图2a所示,提供一衬底,并对所述衬底执 行预处理,以在所述衬底中引入气体离子和/或气体原子。所述预处理例如 为离子注入工艺,通过离子注入工艺将相应的气体离子和/或气体原子注入 衬底中,从而,可在预定的高温条件下,使所述气体离子和/或气体原子从 衬底中溢出并产生在其表面气泡。具体的,所植入的气体离子可以为氮离 子、氧离子、氢离子或氦离子等;相应的,所植入的气体原子可以为氮原子、氧原子、氢原子或氦原子等。
进一步的,形成所述衬底的材料至少包括非金属材料,例如可以为硅 衬底或硅-氧化硅衬底等;当然,所述衬底中也可以掺杂有金属离子,例如 所述衬底为锗硅衬底等。本实施例中,所述衬底包括一基底111和一缓冲 层112。所述缓冲层112形成在所述基底111上,在执行预处理时,所述离 子被植入到所述缓冲层112中。其中,所述基底111可以为硅基底,所述 缓冲层112可以为氧化层,所述氧化层112可采用氧化工艺形成,例如, 可对所述硅基底执行高温热氧化工艺以形成氧化层。
接着,执行步骤S120,具体参考图2b所示,在所述衬底上依次形成 一过渡层120和一石墨烯薄膜130。通过形成所述过渡层120有利于后续 石墨烯薄膜130的形成。其中,所述过渡层120可以为金属层,所述金属 层例如为铜层(Cu)或镍层(Ni)等。
进一步的,石墨烯薄膜130可利用化学气相沉积工艺形成,以形成具 有较高质量的石墨烯薄膜。具体的,在执行沉积工艺时,所采用的反应气 体可包括氢气(H2)和甲烷(CH4),其中,氢气和甲烷的体积比例如为 (140~160):(8~12)。
本实施例中,采用金属层作用为过渡层120,使所述金属层不仅可作 为石墨烯薄膜的生长基体,同时还可作为生长石墨烯薄膜的金属催化剂, 有利于利用化学气相沉积工艺形成石墨烯薄膜130。优选可采用铜材料形 成过渡层120,从而使所形成的石墨烯薄膜的均匀性和层数可控性均较佳。 具体的说,当在铜层的表面上利用化学气相沉积工艺形成石墨烯薄膜时, 由于其特殊的生长机制而具备表面终止效应,从而可以实现绝对单层生长,同时,由于层间的范德华相互作用力,从而可以形成双层石墨烯的生长。
通过形成所述过渡层120,有利于石墨烯薄膜130的形成,然而,在 形成所述石墨烯薄膜130之后,还需去除所述过渡层120以使所述石墨烯 薄膜130能够被吸附在衬底上。具体参考图2c和图2e所示,本实施例中, 在形成石墨烯薄膜130之后,以及去除过渡层120以实现石墨烯薄膜的转 移之前,还可进一步在所述石墨烯薄膜130上形成一转移媒介层140。在 去除过渡层120的过程中,所述石墨烯薄膜130附着在所述转移媒介层140 上,从而可避免厚度较薄的石墨烯薄膜130发生开裂或破损。
其中,所述转移媒介层140例如可为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚 二甲基硅氧烷(PDMS)或热熔胶等。所述转移媒介层具体可通过涂覆的方 式形成在所述石墨烯薄膜130上。
接着,执行步骤S130,具体参考图2d-图2f所示,在高于常温的预定 温度下去除所述过渡层120,在所述预定温度下,所述气体离子和/或气体 原子在所述衬底的表面上产生气泡,并且在去除所述过渡层120的过程中, 由所述气体离子和/或气体原子在衬底表面上所产生的气泡110a吸引所述 石墨烯薄膜130,以使所述石墨烯薄膜130附着在衬底上。即,本实施例 中,所述气泡110a形成在缓冲层112的表面上,以使所述石墨烯薄膜130 附着在缓冲层112上。其中,常温例如为25℃,高于常温的预定温度下例 如为高于25℃的温度条件下。
具体的,在去除所述过渡层120的过程中,可使所述衬底被置于一预 定温度条件下,以使所述气体离子和/或气体原子在所述衬底的表面上产生 气泡130。例如,可使所述衬底被置于500℃~1500℃的温度条件下。即, 在高温条件下有利于驱使所述气体离子和/或气体原子在所述衬底的表面 上产生气泡130,从而随着过渡层120被逐渐去除,所述气泡130能够快 速地吸引所述石墨烯薄膜。
其中,可利用湿法刻蚀的方式去除所述过渡层120。具体的,将形成 有石墨烯薄膜130的衬底置于一化学溶液中,以对所述过渡层120进行刻 蚀。本实施例中,所述过渡层120为金属层,则相应的可采用酸性的化学 溶液,例如可采用三氯化铁(FeCl3)溶液或过硫酸铵((NH4)2S2O8)溶液 等。
此外,参考图2d和图2e所示,在去除所述过渡层120的过程是在预 定的高温条件下进行的,从而可使衬底中的气体离子或气体原子从衬底中 溢出,并在衬底的表面上形成气泡110a,所述气泡110a与石墨烯薄膜130 里的毛细通道相互吸引并桥接,进而使石墨烯薄膜130附着在衬底上。
本实施例中,利用湿法刻蚀去除过渡层120,从而在完全去除所述过 渡层并使石墨烯薄膜130吸附在衬底上之后,还可进一步对吸附有石墨烯 薄膜130的衬底进行烘干,以去除石墨烯薄膜130和衬底之间的液体,使 两者能够完全贴紧。
继续参考图2e和图2f所示,在石墨烯薄膜130吸附在衬底上之后, 还包括去除所述转移媒介层140。具体可根据所述转移媒介层140的材质 采用相应的方法去除,例如,当所述转移媒介层140为聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)时,则可采用有机溶液去除,所述有机溶液可以为丙酮溶液, 或者也可通过高温热分解的方法去除PMMA层;当所述转移媒介层140为 聚二甲基硅氧烷(PDMS)时,则可直接揭下该PMDS层;当所述转移媒 介层140为热熔胶时,则可根据具体的材质采用相应的方法,此处不一一 列举。
承上所述,石墨烯材料由于具备较高的电子迁移率,从而使石墨烯成 为电容极板中较为优选的形成材料。例如,可将石墨烯应用于MEMS麦克 风中,石墨烯的机械特性对于生产非常高柔度和大断裂强度的麦克风薄膜 而言是有利的,由此允许设计相对任何大行程位移均具有鲁棒性的高度敏 感的麦克风。此外,石墨烯可形成厚度较薄且柔度较高的薄膜,从而可以 减少用于获得高行程的驱动电压,同时高的断裂强度降低了故障风险并且实现了高耐久性。因此,将石墨烯应用于MEMS麦克风中能够大大提高 MEMS麦克风的性能。
以下结合附图3和附图4a-4d对本发明一实施例中的MEMS麦克风的 形成方法进行详细说明。其中,图3为本发明一实施例中的MEMS麦克风 的形成方法的流程示意图,图4a-4d为本发明一实施例中的MEMS麦克风 的形成方法在其制备过程中的结构示意图。
首先,执行步骤S210,具体参考图4a所示,提供一衬底210。进一步 的,在所述半导体衬210上还形成有一第一牺牲层220。
在后续形成振动膜的过程中,所述第一牺牲层220可作为一缓冲层, 使气体离子和/或气体原子被植入于所述第一牺牲层220中。此外,所述第 一牺牲层220还可作为后续所形成的振动膜在所述衬底上的支撑层,并可 使振动膜和衬底相互隔离。所述第一牺牲层220可以为氧化层。
接着,执行步骤S220,具体参考图4b所示,在所述第一牺牲层220 上形成石墨烯薄膜230,用于形成MEMS麦克风的振动膜。
具体的,所述石墨烯薄膜230可采用上述实施例所述的方式形成。即:
步骤一,通过预处理以植入气体离子和/或气体原子;本实施例中,利 用离子注入工艺将气体离子和/或气体原子植入于第一牺牲层220中;
步骤二,依次在所述第一牺牲层220上形成过渡层和石墨烯薄膜;所 述过渡层可以为金属层,以作为石墨烯薄膜的生长基底;同时,可利用化 学气相沉积工艺形成具有较高质量的石墨烯薄膜230,在此过程中,所述 金属层还可作为一金属催化剂,有利于化学气相沉积工艺中石墨烯薄膜的 生长;
步骤三,在高温条件下去除所述过渡层,同时在高温条件下,所述所 述气体离子和/或气体原子可在所述第一牺牲层220的表面上产生气泡,所 述气泡可吸引石墨烯薄膜,并与石墨烯薄膜内的毛细通道桥接,从而在过 渡层被去除后,可使石墨烯薄膜230被吸附在第一牺牲层220上。
形成在第一牺牲层220上的石墨烯薄膜230即可用于形成后续所形成 的MEMS麦克风的振动膜。与利用硅材料所形成的振动膜相比,采用石墨 烯薄膜形成的振动膜具备更高的电子迁移率以及更高的杨氏模量,从而使 所形成的MEMS麦克风具备更好的灵敏度和强度。同时,利用石墨烯材料 可形成厚度较薄的石墨烯薄膜230,从而在所形成的MEMS麦克风中,其 相应所需的驱动电压和驱动电流均较小,进而可有效节省功率的消耗。
接着,执行步骤S230,参考图4c所示,在所述石墨烯薄膜230上依 次形成一第二牺牲层240和一背极板250,所述背极板250中形成有多个 贯穿所述背极板250的通孔250a。
其中,由所述石墨烯薄膜230所形成的振动膜和所述背极板250即可 构成一平行板电容。在后续的工艺中,所述通孔250a可为蚀刻剂提供一流 通通道,使蚀刻剂能够通过251去除部分第二牺牲层240,此外,所述通 孔250a还可作为后续所形成的MEMS麦克风中的声孔。所述第二牺牲层 240可以采用与第一牺牲层220相同的材质形成,例如第一牺牲层220和 第二牺牲层240均为氧化层。
继续参考图4c所示,所述背极板250可进一步包括一导电层251和一 绝缘层252,所述导电层251形成在所述第二牺牲层240上,所述绝缘层 252覆盖在所述导电层251上。其中,所述绝缘层252覆盖在所述导电层 251上方时还可进一步延伸至衬底200的表面上,一方面可利用所述绝缘 层252将MEMS麦克风与其他器件隔离;另一方面还可对背极板250起到 支撑的作用。本实施例中,利用叠层结构的背极板250,从而可提高背极 板250的厚度,以可避免由于导电层251的厚度过薄而出现软板的问题。 具体的,所述导电层251可以采用硅材料形成,例如可以为单晶硅层或多 晶硅层;所述绝缘层252可采用与所述第二牺牲层240不同的材质形成, 例如,第二牺牲层240为氧化层,绝缘层252为氮化层。
接着,执行步骤S240,参考图4d所示,在所述衬底210中形成一贯 穿所述衬底并暴露出所述第一牺牲层220的开口210a,所述开口210a位于 所述石墨烯薄膜230的下方,用于构成所述MEMS麦克风的背腔。
接着,执行步骤S250,参考图4e所示,去除部分所述第一牺牲层220, 以暴露出所述石墨烯薄膜230;以及,去除部分所述第二牺牲层240,以在 石墨烯薄膜230和背极板250之间形成一空腔260。
本实施例中,在去除部分所述第一牺牲层220时,刻蚀剂通过背腔210a 对暴露出的第一牺牲层220进行刻蚀,通过去除部分所述第一牺牲层220, 暴露出所述石墨烯薄膜230。此外,另一部分未被去除的在第一牺牲层220 可用于构成第一支撑层,以对石墨烯薄膜230进行支撑,并且也可通过所 述第一支撑层实现石墨烯薄膜230和衬底210之间的隔离。
继续参考图4e所示,在去除部分所述第二牺牲层240时,刻蚀剂通过 通孔250a进入石墨烯薄膜230和背极板250之间,以对所述第二牺牲层240 进行刻蚀,去除部分第二牺牲层240,从而可在石墨烯薄膜230和背极板 250之间形成一空腔260。此外,未被去除的第二牺牲层240可构成一第二 支撑层,所述第二支撑层支撑所述背极板250。
在可选的方案中,第一牺牲层220的刻蚀过程和第二牺牲层240的刻 蚀过程中,可以在不同步骤中进行,也可以在同一步骤中同时进行。具体 的,当第一牺牲层220和第二牺牲层240采用相同的材质形成时,则在刻 蚀所述第一牺牲层220时,还可同时对第二牺牲层240进行刻蚀。当所述 第一牺牲层220和所述第二牺牲层240采用不同的材质形成时,则可对第 一牺牲层220和第二牺牲层240分别刻蚀。当然,也不排除,当第一牺牲 层220和所述第二牺牲层240采用不同的材质形成时,也在同一刻蚀步骤 中同时对第一牺牲层和第二牺牲层进行刻蚀,只要选用合适的刻蚀剂即可。
此外,根据以上所述的MEMS麦克风的形成方法,本发明还提供了一 种MEMS麦克风,所述MEMS麦克风中具有一振动膜,所述振动膜为石 墨烯薄膜。进一步的,所述MEMS麦克风还包括一背极板,所述背极板和 所述振动膜构成一平行板电容。
在MEMS麦克风的工作过程中,外部的声压作用在振动膜上时,即会 引起所述振动膜的振动,使得所述振动膜与背极板之间的距离发生变化, 进而产生电容的变化,并利用电容变化量进行运算和工作,以完成声音信 号和电信号的转换。其中,由于所述振动膜采用石墨烯材料形成,因此使 所述振动膜相应的具有更好的电迁移率以及更高的杨氏模量,从而使所述 MEMS麦克风具备更好的灵敏度和机械强度,有利于提高MEMS麦克风的 信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)和声过载点(acoustic overload point, AOP)。
综上所述,本发明提供的石墨烯薄膜的形成方法中,利用所引入的气 体离子和/或气体离子,在高温条件下能够在衬底的表面上形成气泡,并利 用气泡吸引石墨烯薄膜,且所述气泡可与石墨烯薄膜内的毛细通道桥接, 从而将石墨烯薄膜吸附在衬底上。在此过程中,不需要再额外提供一过渡 基底,即可将石墨烯薄膜形成在目的衬底上,有利于简化工艺流程,并节 省成本,同时可减小石墨烯薄膜发生破损的风险。
并且,由于石墨烯具有高电子迁移率和高杨氏模量的特性,从而在利 用石墨烯薄膜构成MEMS麦克风的振动膜时,可有效提高MEMS麦克风 的灵敏度和机械强度。以及,石墨烯能够形成厚度较薄的薄膜,进而可使 MEMS麦克风在其工作过程中,所需的驱动电压和驱动电流均较小,能够 有效节省功率的消耗。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的 都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即 可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何 限定,本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰, 均属于权利要求书的保护范围。
Claims (16)
1.一种石墨烯薄膜的形成方法,其特征在于,包括:
提供一衬底,并对所述衬底执行预处理以在所述衬底中引入气体离子和/或气体原子;
在所述衬底上依次形成一过渡层和一石墨烯薄膜;
在高于常温的预定温度下去除所述过渡层,在所述预定温度下,所述气体离子和/或气体原子在所述衬底的表面上产生气泡;以及,
在去除所述过渡层的过程中,由所述气体离子和/或气体原子在所述衬底表面上所产生的气泡吸引所述石墨烯薄膜,以使石墨烯薄膜附着在所述衬底上。
2.如权利要求1所述的石墨烯层的制备方法,其特征在于,所述预定温度为500℃~1500℃。
3.如权利要求1所述的石墨烯层的制备方法,其特征在于,所述衬底包括一基底和一缓冲层,所述缓冲层形成在所述基底上。
4.如权利要求1所述的石墨烯层的制备方法,其特征在于,所述预处理为离子注入工艺。
5.如权利要求1所述的石墨烯层的制备方法,其特质在于,所述气体离子为氮离子、氧离子、氢离子或氦离子;所述气体原子为氮原子、氧原子、氢原子或氦原子。
6.如权利要求1所述的石墨烯层的制备方法,其特征在于,利用湿法刻蚀去除所述过渡层。
7.如权利要求1所述的石墨烯层的制备方法,其特征在于,所述过渡层为金属层。
8.如权利要求7所述的石墨烯层的制备方法,其特征在于,利用酸性溶液去除所述金属层。
9.如权利要求1所述的石墨烯层的制备方法,其特征在于,利用化学气相沉积工艺形成所述石墨烯薄膜。
10.如权利要求1所述的石墨烯层的制备方法,其特征在于,在去除所述过渡层之前,还包括在所述石墨烯薄膜上形成一转移媒介层;在去除所述过渡层之后,还包括去除所述转移媒介层。
11.如权利要求10所述的石墨烯层的制备方法,其特征在于,所述转移媒介层为聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷或热熔胶。
12.如权利要求1所述的石墨烯层的制备方法,其特征在于,所述衬底的材料至少包括非金属材料。
13.一种MEMS麦克风的形成方法,其特征在于,包括:
利用如权利要求1-12其中之一所述的石墨烯薄膜的形成方法,在衬底上形成一石墨烯薄膜,所述石墨烯薄膜用于形成所述MEMS麦克风的振动膜。
14.如权利要求13所述的MEMS麦克风的形成方法,其特征在于,还包括:
在所述衬底上形成一第一牺牲层,所述石墨烯薄膜形成在所述第一牺牲层上;
在所述衬底中形成一贯穿所述衬底并暴露出所述第一牺牲层的开口,所述开口构成一背腔;
通过所述背腔去除部分所述第一牺牲层,暴露出部分所述石墨烯薄膜。
15.如权利要求13所述的MEMS麦克风的形成方法,其特征在于,还包括:
在所述石墨烯薄膜上依次形成一第二牺牲层和一背极板,所述背极板中形成有多个贯穿所述背极板的通孔;
去除所述石墨烯薄膜和所述背极板之间的部分第二牺牲层,以形成一空腔。
16.一种MEMS麦克风,其特征在于,包括利用权利要求1至12任一项所述的形成方法形成的石墨烯薄膜,所述石墨烯薄膜作为所述MEMS麦克风的振动膜。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710681563.5A CN109385614B (zh) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | 石墨烯薄膜的形成方法、mems麦克风及其形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710681563.5A CN109385614B (zh) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | 石墨烯薄膜的形成方法、mems麦克风及其形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109385614A true CN109385614A (zh) | 2019-02-26 |
CN109385614B CN109385614B (zh) | 2021-06-11 |
Family
ID=65414405
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710681563.5A Active CN109385614B (zh) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | 石墨烯薄膜的形成方法、mems麦克风及其形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109385614B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111908420A (zh) * | 2019-05-09 | 2020-11-10 | 无锡华润上华科技有限公司 | 微机电系统器件制备方法 |
CN112850696A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-05-28 | 北京石墨烯研究院 | 一种石墨烯薄膜的转移方法、石墨烯薄膜及石墨烯复合结构 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104053100A (zh) * | 2013-03-14 | 2014-09-17 | 英飞凌科技股份有限公司 | Mems声换能器、mems麦克风、mems微型扬声器、扬声器阵列以及用于制造声换能器的方法 |
CN105430581A (zh) * | 2014-08-28 | 2016-03-23 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 麦克风结构及其形成方法 |
-
2017
- 2017-08-10 CN CN201710681563.5A patent/CN109385614B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104053100A (zh) * | 2013-03-14 | 2014-09-17 | 英飞凌科技股份有限公司 | Mems声换能器、mems麦克风、mems微型扬声器、扬声器阵列以及用于制造声换能器的方法 |
CN105430581A (zh) * | 2014-08-28 | 2016-03-23 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 麦克风结构及其形成方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
LIBO GAO 等: "Face-to-face transfer of wafer-scale graphene films", 《NATURE》 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111908420A (zh) * | 2019-05-09 | 2020-11-10 | 无锡华润上华科技有限公司 | 微机电系统器件制备方法 |
WO2020224513A1 (zh) * | 2019-05-09 | 2020-11-12 | 无锡华润上华科技有限公司 | 微机电系统器件制备方法 |
CN111908420B (zh) * | 2019-05-09 | 2024-02-27 | 无锡华润上华科技有限公司 | 微机电系统器件制备方法 |
CN112850696A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-05-28 | 北京石墨烯研究院 | 一种石墨烯薄膜的转移方法、石墨烯薄膜及石墨烯复合结构 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109385614B (zh) | 2021-06-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zheng et al. | Review of vertical graphene and its applications | |
CN102020271B (zh) | 制造石墨烯的方法和通过该方法制造的石墨烯 | |
KR101529012B1 (ko) | 저렴한 비용으로 손상없이 그래핀을 전사하는 방법 | |
AU2020103599A4 (en) | Preparation Method of CVD Graphene Planar Micro Super Capacitor | |
CN102623508B (zh) | 石墨烯场效应晶体管及其制备方法 | |
CN109850882B (zh) | 一种多支撑膜辅助的石墨烯电化学转移方法 | |
KR102173432B1 (ko) | 그래핀 박막 트랜지스터의 제조 방법 | |
CN111811701B (zh) | 一种多级微结构栅薄膜晶体管柔性压力传感器及其制备方法 | |
CN102222607A (zh) | 一种针对cvd法制备的石墨烯薄膜的转移方法 | |
JP2012249274A (ja) | 熱音響装置の製造方法 | |
CN105000552A (zh) | 一种氧化石墨烯的制备方法 | |
CN109385614A (zh) | 石墨烯薄膜的形成方法、mems麦克风及其形成方法 | |
Van Toan et al. | Liquid and solid states on-chip micro-supercapacitors using silicon nanowire-graphene nanowall-pani electrode based on microfabrication technology | |
JP2011201735A (ja) | グラフェン膜の製造方法及び半導体装置の製造方法 | |
US11335474B2 (en) | Display substrate having transparent electrode and manufacturing method thereof | |
JP2015061810A (ja) | グラフェン層の転写方法 | |
KR101320407B1 (ko) | 그래핀 시트의 직접 전사 방법 | |
KR101671627B1 (ko) | 그래핀을 촉매로 한 실리콘의 화학적 식각 방법 | |
KR20120095553A (ko) | 그라핀을 이용하는 전자소자, 태양전지 및 태양전지의 제조방법 | |
CN105910737B (zh) | 一种应力定位传感器及其制作方法、应力定位方法 | |
CN108946701B (zh) | 一种碳纳米管双面胶及其制备方法和应用 | |
CN103377887A (zh) | 场效应晶体管及其制作方法 | |
US20200350127A1 (en) | Graphene and glassy carbon meta-material, microfabrication method, and energy storage device | |
CN103204493B (zh) | 石墨烯晶片的制备方法 | |
Xu et al. | Electrochemical analysis of interface adsorption phenomena on three-dimensional nano-nickel electrode deposited on silicon microchannel plate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |