一种石墨烯图形化生长方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯图形化生长方法，其中包括：步骤一、在衬底表面形成镍层，用于提供石墨烯的生长衬底；步骤二、将表面图形化模板覆盖在所述镍层表面，在所述镍层表面生成与所述表面图形化模板相对应的石墨烯图形。本发明专利技术能够利用覆盖在金属镍表面的图形化模板对镍表面石墨烯生长的选择性限制作用，在金属镍表面生成图形化石墨烯。本发明专利技术工艺简单，生产效率高，并且图形化模板可以重复利用，有效避免石墨烯表面的污染。

A graphical growth method for graphene

The invention provides a graphene patterned growth method, which comprises the following steps: first, a nickel layer formed on the substrate surface, for providing the growth of graphene substrate; step two, the surface of the graphical template covering on the surface of the nickel layer on the graphene pattern the nickel layer formed on the surface of the surface the corresponding graphical templates. The present invention is capable of generating patterned graphene on the surface of nickel metal by selectively restricting the growth of graphene on the surface of nickel by using a patterned template covering the surface of the nickel metal. The invention has the advantages of simple process, high production efficiency, and repeated use of the graphical template, so as to effectively avoid the pollution of the graphene surface.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯图形化生长方法
本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种石墨烯图形化生长方法。
技术介绍
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子形成的蜂窝状平面薄膜，是一种原子层厚度的准二维材料，又叫做单原子层石墨。石墨烯具有优异的电学性能、光学特性、化学稳定性和良好的导热特性，使其在电子、光学以及生物检测等领域具有很强的应用价值。然而，石墨烯大规模应用的前提条件是石墨烯的图形化。目前，常用的石墨烯薄膜图形化方法是掩膜保护下的氧等离子体刻蚀，但是，这种制备方法由于要经过光刻等工艺，因此过程中在石墨烯表面引入的残余光刻胶会对石墨烯的性能有较大影响；此外，也可以通过二氧化钛或者激光对石墨烯的光化学分解或者热分解得到图形化石墨烯，然而这些制备方法的效率非常低。因此，亟需提供一种高效、低成本的石墨烯图形化生长方法，为石墨烯大规模开发利用提供基础。
技术实现思路
本专利技术提供的石墨烯图形化生长方法，能够针对现有的石墨烯薄膜图形化方法产生的问题，高效且低成本地获得图形化石墨烯。本专利技术提供一种石墨烯图形化生长方法，其特征在于，包括：步骤一、在衬底表面形成镍层，用于提供石墨烯的生长衬底；步骤二、将表面图形化模板覆盖在所述镍层表面，在所述镍层表面生成与所述表面图形化模板相对应的石墨烯图形。可选地，在所述步骤二之后，所述方法还包括：步骤三、将所述石墨烯图形转移到目标衬底表面。可选地，上述衬底和目标衬底的材料为石英、硅或柔性PET。可选地，上述步骤一通过蒸发在所述衬底表面形成镍层。可选地，上述表面图形化模板的材料为石英玻璃。可选地，上述表面图形化模板与所述镍层紧密贴合。可选地，上述步骤二通过在化学气相沉积炉中通入甲烷和氢气生成所述石墨烯。可选地，上述步骤二生成所述石墨烯的反应条件为在1000℃下反应10min。可选地，上述步骤三还包括在所述生长有石墨烯图形的镍层表面旋涂光刻胶，去除镍层后，将光刻胶及石墨烯的复合层转移到所述目标衬底表面，去除光刻胶。可选地，上述镍层通过盐酸腐蚀除去，所述光刻胶通过丙酮溶解除去。本专利技术实施例提供的石墨烯图形化生长方法，能够利用覆盖在金属镍表面的图形化模板对镍表面石墨烯生长的选择性限制作用，在金属镍表面生成图形化石墨烯，工艺简单，生产效率高，并且所使用的图形化模板可以重复利用，能够有效避免石墨烯表面的污染。附图说明图1a-1b为本专利技术一实施例的石墨烯图形化生长步骤中的结构示意图；图2为本专利技术一实施例的图形化石墨烯转移到目标衬底的结构示意图；图3为本专利技术一实施例的方法流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种石墨烯图形化生长方法，可用于石墨烯电子器件、基于石墨烯的显示设备等的制备。该方法利用覆盖在金属镍表面的图形化模板对镍表面石墨烯生长的选择性限制作用，在金属镍表面生成图形化石墨烯。本专利技术的一个实施例的石墨烯图形化生长步骤中的结构示意图如图1a所示。在本专利技术的一个实施例中，在表面平整的衬底101表面蒸发金属镍，形成金属镍层102，用于作为石墨烯的生长衬底；特别的，该衬底101为石英衬底。如图1b所示，将表面图形化的石英玻璃103覆盖在金属镍层102的表面，石英玻璃103的表面具有图形104。将表面覆盖有图形化的石英玻璃103、金属镍层102及衬底101的器件结构放入化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，CVD)炉中，通入甲烷和氢气，在1000℃下反应10min，在金属镍层102的表面生成石墨烯图形105。如图2所示，在生长有石墨烯图形105的金属镍层102表面旋涂光刻胶。特别的，可以在金属镍层102表面旋涂正光刻胶，典型地，正光刻胶包括但不限于PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)和DQN(其中DQ为感光化合物，N为基体材料)。下一步，用盐酸腐蚀除去金属镍层102。将漂浮在液面的PMMA/石墨烯复合膜水洗多次后转移到目标衬底表面，特别的，本专利技术的一个实施例的目标衬底为玻璃衬底。用丙酮溶解去除PMMA后在玻璃表面形成图形化的石墨烯。在本专利技术的另一实施例中，在表面平整的衬底101表面蒸发金属镍，形成金属镍层102，用于作为石墨烯的生长衬底；特别的，衬底101的材质为石英、硅等半导体材料。将表面图形化的石英玻璃103覆盖在金属镍层102的表面，石英玻璃103的表面具有图形104。将表面覆盖有图形化的石英玻璃103、金属镍层102及衬底101的器件结构放入化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，CVD)炉中，通入甲烷和氢气，在1000℃下反应10min，在金属镍层102的表面生成石墨烯图形105。在生长有石墨烯图形105的金属镍层102表面旋涂光刻胶。特别的，可以在金属镍层102表面旋涂正光刻胶，典型地，正光刻胶包括但不限于PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)和DQN(其中DQ为感光化合物，N为基体材料)。下一步，用盐酸腐蚀除去金属镍层102。将漂浮在液面的PMMA/石墨烯复合膜水洗多次后转移到目标衬底表面，特别的，本专利技术的另一实施例中，目标衬底为硅衬底。用丙酮溶解去除PMMA后在硅衬底表面形成图形化的石墨烯。在本专利技术的又一实施例中，在表面平整的衬底101表面蒸发金属镍，形成金属镍层102，用于作为石墨烯的生长衬底；特别的，衬底101的材质为石英、硅、柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底等材料。将表面图形化的石英玻璃103覆盖在金属镍层102的表面，石英玻璃103的表面具有图形104。将表面覆盖有图形化的石英玻璃103、金属镍层102及衬底101的器件结构放入化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，CVD)炉中，通入甲烷和氢气，在1000℃下反应10min，在金属镍层102的表面生成石墨烯图形105。在生长有石墨烯图形105的金属镍层102表面旋涂光刻胶。特别的，可以在金属镍层102表面旋涂正光刻胶，典型地，正光刻胶包括但不限于PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)和DQN(其中DQ为感光化合物，N为基体材料)。下一步，用盐酸腐蚀除去金属镍层102。将漂浮在液面的PMMA/石墨烯复合膜水洗多次后转移到目标衬底表面，特别的，本专利技术的另一实施例中，目标衬底为柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底。用丙酮溶解去除PMMA后在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底表面形成图形化的石墨烯。图3示出了本专利技术的一个实施例的石墨烯图形化生长方法的流程图。如图所示，S31表示在衬底表面蒸发金属镍作为石墨烯生长衬底；S32表示将表面图形化模板覆盖在金属镍表面，在金属镍表面生成石墨烯图形；特别的，需要在CVD炉中通入甲烷和氢气并在1000℃下反应10min获得石墨烯图形；S33表示将石墨烯图形转移到目标衬底表面；特别的，在生长有石墨烯的金属镍表面旋涂光刻胶PMMA，去除金属镍后，将漂浮在液面的PMMA/石墨烯复合膜水洗多次后转移到目标衬底表面，丙酮溶解去除PMMA后在目标衬底表面形成图形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯图形化生长方法，其特征在于，包括：步骤一、在衬底表面形成镍层，用于提供石墨烯的生长衬底；步骤二、将表面图形化模板覆盖在所述镍层表面，在所述镍层表面生成与所述表面图形化模板相对应的石墨烯图形。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯图形化生长方法，其特征在于，包括：步骤一、在衬底表面形成镍层，用于提供石墨烯的生长衬底；步骤二、将表面图形化模板覆盖在所述镍层表面，在所述镍层表面生成与所述表面图形化模板相对应的石墨烯图形。2.根据权利要求1所述的石墨烯图形化生长方法，其特征在于，在所述步骤二之后，所述方法还包括：步骤三、将所述石墨烯图形转移到目标衬底表面。3.根据权利要求2所述的石墨烯图形化生长方法，其特征在于，所述衬底和目标衬底的材料为石英、硅或柔性PET。4.根据权利要求2所述的石墨烯图形化生长方法，其特征在于，所述步骤一通过蒸发在所述衬底表面形成镍层。5.根据权利要求2所述的石墨烯图形化生长方法，其特征在于，所述表面图形化模板的材料为石英玻璃。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大勇，金智，史敬元，彭松昂，黄昕楠，姚尧，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11