一种制备纳米尺度的石墨烯结构的方法技术

本发明专利技术提供了一种制备纳米尺度的石墨烯结构的方法，涉及石墨烯半导体器件领域。该方法具体步骤包括：在具有衬底的石墨烯表面蒸镀金属铬膜；在金属铬膜表面旋涂电子束抗蚀剂；采用电子束曝光技术，在电子束抗蚀剂上曝光相应的图形，并经显影、定影，使电子束抗蚀剂上形成纳米尺度的结构图形；以电子束抗蚀剂为第一掩模，刻蚀金属铬膜，使金属铬膜上形成相应的纳米尺度结构图形；以金属铬膜作为第二掩模，刻蚀石墨烯，通过控制刻蚀参数，以实现石墨烯尺寸的控制；利用铬腐蚀液将剩余的金属铬膜去除，从而获得洁净无杂质的纳米尺度的石墨烯结构。本发明专利技术既可以控制石墨烯结构的特征尺寸在10nm以下，还可以避免石墨烯和电子束抗蚀剂直接接触。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石墨烯半导体器件领域，特别是涉及一种制备纳米尺度的石墨烯结构的方法。
技术介绍
石墨烯由于其优异的性能，如超高的载流子迁移率、单原子层的厚度和较高的机械强度，在未来半导体领域有着很好的潜在应用价值，引起了人们的广泛关注。但是由于石墨烯本身没有带隙，所以要实现石墨烯在半导体领域的应用，首先要解决打开带隙的问题。目前常用的方法是把石墨烯裁成纳米带。而纳米带的尺度一般要到10nm以下才可以实现室温半导体的应用。目前，可以利用嵌段共聚物光刻的方法来制备宽度小于10nm的石墨烯结构，但是这种方法受制于掩模形状的影响，均匀性并不是很好，而且不能灵活的调节孔的大小和周期。为了实现较高的对准精度，灵活的图形大小和周期，可以使用电子束曝光技术来制备纳米尺度的石墨烯结构。然而，电子束曝光技术可实现精确控制且具有一定重复性的极限尺寸在20nm以上，无法达到10nm以下。此外，电子束曝光所用的电子束抗蚀剂容易残留在石墨烯表面，不易去除，残留的电子束抗蚀剂会影响石墨烯器件的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种制备纳米尺度的石墨烯结构的方法，以制备特征尺寸低于10nm的石墨烯结构，该方法可以通过金属铬膜避免电子束抗蚀剂与石墨烯直接接触使石墨烯表面洁净无杂质，从而保证石墨烯器件的性能。特别地，本专利技术提供了一种制备纳米尺度的石墨烯结构的方法，具体步骤包括：步骤1、选取衬底并将石墨烯转移在所述衬底上，或在所述衬底上生长石墨烯；步骤2、在所述石墨烯的表面蒸镀一定厚度的金属铬膜；步骤3、在所述金属铬膜表面旋涂一定厚度的电子束抗蚀剂；步骤4、采用电子束曝光技术，在所述电子束抗蚀剂上曝光相应的图形，并经显影、定影，使所述电子束抗蚀剂上形成纳米尺度的结构图形；步骤5、以具有纳米尺度结构图形的电子束抗蚀剂为第一掩模，采用离子束刻蚀技术刻蚀所述金属铬膜，使所述金属铬膜上形成相应的纳米尺度结构图形；步骤6、以具有纳米尺度结构图形的金属铬膜作为第二掩模，采用反应离子束刻蚀技术刻蚀所述石墨烯，通过控制刻蚀时间，从而获得亚10nm石墨烯结构；步骤7、利用铬腐蚀液将具有纳米尺度结构图形的石墨烯表面上剩余的金属铬膜去除，从而获得洁净无杂质的纳米尺度的石墨烯结构。可选地，所述石墨烯通过化学气相沉积生长并转移到所述衬底上或直接在所述衬底上采用机械剥离法生长。可选地，所述金属铬膜的蒸镀采用电子束蒸发或热蒸发进行蒸镀，所述金属铬膜的厚度为10nm～50nm。可选地，所述电子束抗蚀剂选用正性电子束抗蚀剂；可选地，所述正性电子束抗蚀剂为PMMA或ZEP520。可选地，所述电子束抗蚀剂选用负性电子束抗蚀剂；可选地，所述负性电子束抗蚀剂为HSQ或SAL601。可选地，所述电子束抗蚀剂的涂覆厚度为50nm～200nm。可选地，所述步骤5中所述金属铬膜的刻蚀所用的束流密度为50mA/cm3～100mA/cm3，离子能量为300eV～500eV。可选地，所述步骤6中所述石墨烯的刻蚀，采用氧气等离子体刻蚀，控制刻蚀时间为20s～150s，腔内压强为30mTorr～100mTorr，氧气流量为30sccm～100sccm，所加射频功率为50W～100W。可选地，所述铬腐蚀液为硝酸铈铵和乙酸的混合水溶液。进一步，所述铬腐蚀液的配制过程为：在100mL二次去离子水中加入4.4mL98％乙酸，然后再加入25g硝酸铈铵，最后加入二次去离子水定容至125mL。本专利技术的制备纳米尺度的石墨烯结构的方法，利用电子束曝光可以制备出20nm以上的石墨烯结构，进而采用反应离子束刻蚀石墨烯，由于刻蚀速度较慢，因而可以通过控制刻蚀参数来实现石墨烯结构的特征尺寸在10nm以下。此外，本专利技术的制备纳米尺度的石墨烯结构的方法，通过金属铬膜可以避免石墨烯和电子束抗蚀剂的直接接触，可以得到洁净无杂质的纳米尺度的石墨烯结构，从而可以消除电子束抗蚀剂残留对石墨烯性能的影响。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1是根据本专利技术一个实施例的制备纳米尺度的石墨烯结构的方法的制备流程图；图2是图1所示方法的采用反应离子刻蚀技术刻蚀石墨烯的原理图；图3是图1所示方法的采用反应离子刻蚀技术刻蚀石墨烯的速率图；图4是采用图1所示方法制备的石墨烯结构的扫描电子显微镜图；图5是采用图1所示方法制备的石墨烯结构的原子力显微镜图；图6是实施例1中获得的石墨烯结构的示意图；图7是实施例2中获得的金属铬膜的示意图；图8是实施例2中获得的石墨烯结构的示意图。具体实施方式图1是根据本专利技术一个实施例的制备纳米尺度的石墨烯结构的方法的制备流程图。参见图1，本专利技术提供了一种制备纳米尺度的石墨烯结构的方法，具体步骤包括：步骤S1、选取衬底1并将石墨烯2转移在所述衬底1上，或在所述衬底1上生长石墨烯2；步骤S2、在所述石墨烯2的表面蒸镀一定厚度的金属铬膜3；步骤S3、在所述金属铬膜3表面旋涂一定厚度的电子束抗蚀剂4；步骤S4、采用电子束曝光技术，在所述电子束抗蚀剂4上曝光相应的图形，并经显影、定影，使所述电子束抗蚀剂4上形成纳米尺度的结构图形；步骤S5、以具有纳米尺度结构图形的电子束抗蚀剂4为第一掩模，采用离子束刻蚀技术刻蚀所述金属铬膜3，使所述金属铬膜3上形成相应的纳米尺度结构图形；步骤S6、以具有纳米尺度结构图形的金属铬膜3作为第二掩模，采用反应离子束刻蚀技术刻蚀所述石墨烯2，通过控制刻蚀时间，从而获得亚10nm石墨烯结构；步骤S7、利用铬腐蚀液将具有纳米尺度结构图形的石墨烯2表面上剩余的金属铬膜3去除，从而获得洁净无杂质的纳米尺度的石墨烯结构。本专利技术的制备纳米尺度的石墨烯结构的方法，利用电子束曝光可以制备出20nm以上的石墨烯结构，进而采用反应离子束刻蚀，由于刻蚀速度较慢，因而可以通过控制刻蚀参数来实现石墨烯结构的特征尺寸在10nm以下。此外，本专利技术的制备纳米尺度的石墨烯结构的方法，通过金属铬膜3可以避免石墨烯2和电子束抗蚀剂4的直接接触，可以得到洁净无杂质的纳米尺度的石墨烯结构，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备纳米尺度的石墨烯结构的方法，具体步骤包括：步骤1、选取衬底并将石墨烯转移在所述衬底上，或在所述衬底上生长石墨烯；步骤2、在所述石墨烯的表面蒸镀一定厚度的金属铬膜；步骤3、在所述金属铬膜表面旋涂一定厚度的电子束抗蚀剂；步骤4、采用电子束曝光技术，在所述电子束抗蚀剂上曝光相应的图形，并经显影、定影，使所述电子束抗蚀剂上形成纳米尺度的结构图形；步骤5、以具有纳米尺度结构图形的电子束抗蚀剂为第一掩模，采用离子束刻蚀技术刻蚀所述金属铬膜，使所述金属铬膜上形成相应的纳米尺度结构图形；步骤6、以具有纳米尺度结构图形的金属铬膜作为第二掩模，采用反应离子束刻蚀技术刻蚀所述石墨烯，通过控制刻蚀参数，从而获得纳米尺度的石墨烯结构；步骤7、利用铬腐蚀液将具有纳米尺度结构图形的石墨烯表面上剩余的金属铬膜去除，从而获得洁净无杂质的纳米尺度的石墨烯结构。

【技术特征摘要】
1.一种制备纳米尺度的石墨烯结构的方法，具体步骤包括：
步骤1、选取衬底并将石墨烯转移在所述衬底上，或在所述衬底上生长石
墨烯；
步骤2、在所述石墨烯的表面蒸镀一定厚度的金属铬膜；
步骤3、在所述金属铬膜表面旋涂一定厚度的电子束抗蚀剂；
步骤4、采用电子束曝光技术，在所述电子束抗蚀剂上曝光相应的图形，
并经显影、定影，使所述电子束抗蚀剂上形成纳米尺度的结构图形；
步骤5、以具有纳米尺度结构图形的电子束抗蚀剂为第一掩模，采用离子
束刻蚀技术刻蚀所述金属铬膜，使所述金属铬膜上形成相应的纳米尺度结构图
形；
步骤6、以具有纳米尺度结构图形的金属铬膜作为第二掩模，采用反应离
子束刻蚀技术刻蚀所述石墨烯，通过控制刻蚀参数，从而获得纳米尺度的石墨
烯结构；
步骤7、利用铬腐蚀液将具有纳米尺度结构图形的石墨烯表面上剩余的金
属铬膜去除，从而获得洁净无杂质的纳米尺度的石墨烯结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述石墨烯通过化学气相沉积生长
并转移到所述衬底上或直接在所述衬底上采用机械剥离法生长。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述金属铬膜的蒸镀采用电子
束蒸发或热蒸发进行蒸镀，所述金属铬膜的厚度为10nm～50nm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾长志，张慧珍，杨海方，唐成春，全保刚，李俊杰，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11