一种石墨烯薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯薄膜的制备方法，其包括：提供一基底；在基底上控制形成厚度均匀的碳源层；加热碳源层，使碳源层发生化学反应而转变为石墨烯薄膜层。这样，通过精确控制碳源层的均匀性和厚度，可以精确控制石墨烯薄膜均匀性和厚度；同时，本发明专利技术的石墨烯的制备方法可以得到高质量的石墨烯薄膜，其能够与现有的CMOS工艺相兼容，适于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了，其包括：提供一基底；在基底上控制形成厚度均匀的碳源层；加热碳源层，使碳源层发生化学反应而转变为石墨烯薄膜层。这样，通过精确控制碳源层的均匀性和厚度，可以精确控制石墨烯薄膜均匀性和厚度；同时，本专利技术的石墨烯的制备方法可以得到高质量的石墨烯薄膜，其能够与现有的CMOS工艺相兼容，适于大规模生产。【专利说明】
本专利技术涉及集成电路
，具体涉及。
技术介绍
作为一种新型多功能材料，石墨烯具有诸多优异特性，如超高的载流子迀移率、超高机械强度、极高热导率、室温具有量子霍尔效应和铁磁特性等。正是这些优良的机械和光电特性，科学家普遍预测石墨烯在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有广阔的应用前景，可望在二十一世纪掀起一场新的技术革命。 关于石墨烯的基础和应用研宄，科学家们已经表现出了极高的热情，甚至是各国也都就此展开了国家级的研发投入，如美国、日本、欧盟等都有专项资金用于石墨烯技术研宄。目前，石墨烯研宄中遇到比较突出的一个问题就是石墨烯薄膜材料的制备。现有研宄中石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、SiC高温分解法、化学氧化还原法、化学气相沉积法等，然而，这些制备方法都很难得到层数可控、均匀的高质量石墨烯薄膜。 因此，如何精确地控制石墨烯形成厚度可控的均匀薄膜一直是各国研宄工作者的一个难题，它影响石墨烯薄膜在高性能器件领域的应用。
技术实现思路
为了克服以上问题，本专利技术旨在提供，从而达到精确控制所形成的石墨烯薄膜的厚度和均匀性的目的。 为了实现上述目的，本专利技术提供了，其包括以下步骤: 步骤01:提供一基底； 步骤02:在所述基底上控制形成厚度均匀的碳源层； 步骤03:加热所述碳源层，使所述碳源层发生化学反应而转变为石墨烯薄膜层。 优选地，所述步骤03具体包括: 步骤31:在所述碳源层上淀积金属催化剂层，以形成金属催化剂层-碳源层-基底的多层结构； 步骤32:对所述多层结构进行退火处理，以使所述碳源层反应形成石墨烯薄膜； 步骤33:去除所述金属催化剂，得到纯的石墨稀薄膜。 优选地，所述步骤03中，所述金属催化剂层的材料为Cu、N1、Co、Fe或Pt。 优选地，所述碳源层的厚度为5-1000A，所述金属催化剂层的厚度为150-250nm。 优选地，所述步骤03中，所述退火处理的工艺条件为:采用队或He惰性气体保护或者采用高真空环境，所采用的退火温度为400-1200°C。 优选地，采用湿法刻蚀法或电化学方法去除所述金属催化剂。 优选地，所述步骤02中，所述碳源层的材料为无定型碳、碳化硅、或有机分子膜。 优选地，所述步骤03具体包括:在真空环境下，将碳源层热分解得到所述石墨烯薄膜。 优选地，所述基底的碳浓度低于0.5ppma。 优选地，所述基底为硅、氧化硅、氮化硅或石英玻璃基底，或表面具有氧化硅薄膜的硅基底。 本专利技术的石墨烯薄膜的制备方法，首先在基底上控制形成厚度均匀的碳源层，然后使碳源层受热转变为石墨烯薄膜，这样，通过精确控制碳源层的均匀性和厚度，可以精确控制石墨烯薄膜均匀性和厚度；同时，本专利技术的石墨烯的制备方法可以得到高质量的石墨烯薄膜，其能够与现有的CMOS工艺相兼容，适于大规模生产。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术的实施例一的石墨烯的制备方法的流程示意图 图2为本专利技术的实施例二的石墨烯的制备方法的流程示意图 【具体实施方式】 为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。 本专利技术的石墨稀薄I旲的制备方法，其包括:提供一基底；在基底上控制形成一定均匀厚度的碳源层；加热碳源层，使碳源层发生化学反应而转变为石墨烯薄膜层。从而可以实现对石墨烯薄膜厚度和均匀性的精确控制。 实施例一 以下结合附图1和具体实施例一对本专利技术的石墨烯薄膜的制备方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。 请参阅图1，本实施例的石墨烯薄膜的制备方法包括以下步骤: 步骤11:提供一基底； 这里，所提供的基底的碳浓度要求极低，如有衬底中的碳浓度高，在后续的退火处理时，会导致基底中碳的析出，从而破坏精确控制的碳源层的厚度和均匀性。基底的碳浓度低于0.5ppma ;基底可以为娃、氧化娃、氮化娃或石英玻璃基底，或表面具有氧化娃薄膜的硅基底等，本实施例中，采表面具有3000A厚度SiCV薄膜的Si基底，碳浓度低于0.3ppma。 步骤12:在基底上控制形成厚度均匀的碳源层； 这里，可以采用原子层沉积、分子束外延、化学气相沉积或Langmuir-Blodgett工艺来精确控制碳源层的厚度和均匀性。碳源层的材料可以为无定型碳、碳化硅、或有机分子膜；碳源层的厚度可以为5-1000A。本实施例中，采用原子层沉积工艺在基底上完成五个周期的沉积，从而形成具有30A均匀厚度的无定型碳源层。通过本步骤12，可形成厚度可控且均匀的碳源层。 步骤13:在碳源层上淀积金属催化剂层，以形成金属催化剂层-碳源层-基底的多层结构； 这里，金属催化剂层的厚度可以为150-250nm，金属催化剂层为过渡金属，例如可以为Cu、N1、Co、Fe或Pt等。可以采用溅射、电子束蒸发、脉冲激光沉积等物理气相沉积方法来制备金属催化剂层。本实施例中，采用物理气相沉积法在无定型碳层/Si02/Si基底上沉积200nm的Cu金属催化剂，从而形成Cu金属催化剂层/无定型碳层/Si02/Si结构。 步骤14:对多层结构进行退火处理，以使碳源层反应形成石墨烯薄膜； 这里，退火处理可以采用炉管、快速退火炉、激光退火等工艺，采用队或He惰性气体保护或者在高真空环境下进行退火处理，采用的退火温度可以为400-1200°C。退火后碳源层在金属催化剂的作用下根据金属催化的原理，经金属催化和高温诱导过程中碳原子重新成键排列，转变为石墨烯薄膜；本实施例中，退火温度为800°C，时间为30分钟，在Cu金属催化剂作用下，退火完成后无定型碳完全转化成石墨烯薄膜，形成金属催化剂/石墨烯薄膜/Si02/Si结构。 步骤15:去除金属催化剂，得到纯的石墨稀薄膜。 这里，可以采用湿法刻蚀法或电化学方法去除金属催化剂。本实施例中，采用lmol/L FeC13 ?谷液将Cu完全去除，以得到附着在基底上的石墨稀薄I旲，最后的结构为石墨烯薄膜/Si02/Si结构。可以采用现有的技术将石墨烯薄膜剥离下来，在这里不再赘述。 实施例二 本实施例二的石墨烯薄膜的制备步骤与实施例一中的大体相同，区别在于:本实施例二中，不采用金属催化剂来形成石墨烯薄膜，而是在高真空环境下，采用将碳源层直接高温分解得到石墨烯薄膜；这样，本实施例二中的碳源层的材料需具有高温热分解特性，这里采用碳化硅。具体的，请参阅图2，本实施例二的石墨烯制备方法具体包括以下步骤: 步骤21，提供一基底；这里，采用Si02/Si基底；该步骤可参阅实施例一中的步骤11具体描述； 步骤22，在基底上控制形成厚度均匀的碳源层；这里本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤01：提供一基底；步骤02：在所述基底上控制形成厚度均匀的碳源层；步骤03：加热所述碳源层，使所述碳源层发生化学反应而转变为石墨烯薄膜层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：左青云，曾绍海，康晓旭，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31