一种基于蓝宝石衬底的石墨烯薄膜切割方法技术

本发明专利技术公开一种基于蓝宝石衬底的石墨烯薄膜切割方法，该方法在切割之前，先使用PMMA对石墨烯晶圆进行预处理，再对石墨烯晶圆使用EBL完成对石墨烯晶圆的赋型并暴露切割轨迹，然后去除PMMA涂层和切割轨迹上的石墨烯，最后按切割轨迹对石墨烯晶圆进行切割。本发明专利技术提供的方法对石墨烯晶圆进行EBL刻蚀，破坏了PMMA和石墨烯在被切割部位的粘着性，使得在切割过程中目标区域的石墨烯可保持其完整的性能，该方法可以实现对基于蓝宝石衬体的单层石墨烯高效低损的切割，可应用于大规模石墨烯器件制备过程。备过程。备过程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于蓝宝石衬底的石墨烯薄膜切割方法


[0001]本专利技术涉及石墨烯薄膜切割
，尤其是一种基于蓝宝石衬底的石墨烯薄膜切割方法。

技术介绍

[0002]自2004年Andre Geim和Konstantin Novoselov通过机械剥离法分离出石墨烯以来，石墨烯凭借其高载流子迁移率、电可调性以及高的吸光率，被广泛运用于吸波体、调制器等光电器件的设计与制作中，在军用与民用领域发挥了巨大作用。随着对石墨烯研究的不断深入，使用化学气相沉积法(chemical vapor deposition,CVD)大规模生产石墨烯晶圆的技术已十分成熟。目前的研究中，制备光电调制器件一种可行的方法是将石墨烯转移到标准衬底上再进行制备。石墨烯转移过程存在对样品引入较多化学杂质、转移过程复杂、成功率低等问题。直接对生长石墨烯的晶圆进行切割，进而制备光电器件，无疑可以大大提高石墨烯光电器件的生产效率，减少由石墨烯转移过程带来的污染。然而，由于无法对石墨烯晶圆进行高效无损切割，在实验和生产中大规模制备石墨烯光电器件受到限制。
[0003]目前对于以蓝宝石为衬底的晶圆进行切割的方式已较为成熟，主要有三种切割方法，分别为：激光切割法，水射流切割法以及机械切割法。激光切割具有更高的切割精度，但该方法的切割结果受激光功率以及激光切割速度的影响较大，并且容易造成热损伤，对产品质量产生严重影响。高压水射流切割方法则存在速度慢、精度低以及设备昂贵等缺点。机械切割技术最早采用金刚石划裂切割，该方法由于不能得到完整切割缝，并且会产生裂纹，已经被淘汰。最新的切割方式为超薄金刚石划片切割，该方法最为成熟，具有精度高、成本低、效率高等优点，在现阶段蓝宝石衬底晶圆切割中被广泛使用，但是若直接将该方法应用于蓝宝石衬底石墨烯晶圆切割，则其在切割过程中容易损坏样品表面的石墨烯而无法进行大规模应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于蓝宝石衬底的石墨烯薄膜切割方法，用于克服现有技术中容易损坏样品表面的石墨烯等缺陷。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出一种基于蓝宝石衬底的石墨烯薄膜切割方法，包括以下步骤：
[0006]S1：利用PMMA(polymethyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)对石墨烯晶圆进行预处理，以在石墨烯晶圆上形成一层PMMA涂层；
[0007]S2：对经S1的石墨烯晶圆进行电子束曝光(Electron Beam Lithography,EBL)以在石墨烯晶圆上曝光出需要进行切割的图案，获得切割轨迹；
[0008]S3：将经S2的石墨烯晶圆进行前处理，然后去除石墨烯晶圆上的PMMA涂层；
[0009]S4：去除石墨烯晶圆切割轨迹上的石墨烯；
[0010]S5：按切割轨迹对石墨烯晶圆进行切割，获得S2曝光出的图案的石墨烯薄膜。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：
[0012]本专利技术提供的基于蓝宝石衬底的石墨烯薄膜切割方法，该方法在切割之前，先使用PMMA对石墨烯晶圆进行预处理，再对石墨烯晶圆使用EBL完成对石墨烯晶圆的赋型并暴露切割轨迹，然后去除PMMA涂层和切割轨迹上的石墨烯，最后按切割轨迹对石墨烯晶圆进行切割。本专利技术提供的方法在传统的金刚石划片切割基础上对石墨烯晶圆进行EBL刻蚀，破坏了PMMA和石墨烯在被切割部位的粘着性，使得在切割过程中目标区域的石墨烯可保持其完整的性能。该方法可以实现对基于蓝宝石衬体的单层石墨烯高效低损的切割，有效避免激光切割参数控制难、会引入热损伤的缺点和高压水射流法切割速度慢、精度低以及普通机械切割过程中单层石墨烯难以全面保存的问题，该方法可应用于大规模石墨烯器件制备过程。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0014]图1为实施例1采用的石墨烯晶圆实物图；
[0015]图2为实施例1中切割后的基于蓝宝石衬底的石墨烯晶圆；
[0016]图3a为实施例1中石墨烯晶圆切割前在AFM下的成像结果图；
[0017]图3b为实施例1中石墨烯晶圆切割后在AFM下的成像结果图；
[0018]图4a为石墨烯晶圆切割前的激光显微拉曼光谱图；
[0019]图4b为石墨烯晶圆切割后的激光显微拉曼光谱图；
[0020]图5a为对比例2中使用Laser MicroJet对厚度为0.5mm的蓝宝石进行激光切割后样品图；
[0021]图5b为对比例2中使用Laser MicroJet对厚度为0.5mm的蓝宝石进行激光切割后切面光学显微镜下成像图。
[0022]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0023]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的一部分实施例，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作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。
[0024]另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0025]无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。
[0026]本专利技术提出一种基于蓝宝石衬底的石墨烯薄膜切割方法，包括以下步骤：
[0027]S1：利用PMMA对石墨烯晶圆进行预处理，以在石墨烯晶圆上形成一层PMMA涂层；
[0028]S2：对经S1的石墨烯晶圆进行电子束曝光以在石墨烯晶圆上曝光出需要进行切割的图案，获得切割轨迹；
[0029]S3：将经S2的石墨烯晶圆进行前处理，然后去除石墨烯晶圆上的PMMA涂层；
[0030]S4：去除石墨烯晶圆切割轨迹上的石墨烯；
[0031]S5：按切割轨迹对石墨烯晶圆进行切割，获得S2曝光出的图案的石墨烯薄膜。在切割过程中由于已经预留出切割通道，刀片在切割过程中对石墨烯晶圆表层的石墨烯没有产生因接触带来的破坏。
[0032]本专利技术提供一种新型石墨烯薄膜切割方法，该方法在使用传统超薄金刚石划片切割之前，先使用PMMA对石墨烯晶圆进行保护，再使用电子束曝光暴露切割轨迹。相较于目前常用的切割方法，该方法可以有效缩短基于蓝宝石衬底的石墨烯晶圆的切割时间，提高石墨烯晶圆切割成功率，获得高质量样品。
[0033]优选地，步骤S1具体为：
[0034]以3500～4500r/min的转速在石墨烯晶圆上旋涂PMMA，静置，获的具有PMMA涂层的石墨烯晶圆。
[0035本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于蓝宝石衬底的石墨烯薄膜切割方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：利用PMMA对石墨烯晶圆进行预处理，以在石墨烯晶圆上形成一层PMMA涂层；S2：对经S1的石墨烯晶圆进行电子束曝光以在石墨烯晶圆上曝光出需要进行切割的图案，获得切割轨迹；S3：将经S2的石墨烯晶圆进行前处理，然后去除石墨烯晶圆上的PMMA涂层；S4：去除石墨烯晶圆切割轨迹上的石墨烯；S5：按切割轨迹对石墨烯晶圆进行切割，获得S2曝光出的图案的石墨烯薄膜。2.如权利要求1所述的石墨烯薄膜切割方法，其特征在于，步骤S1具体为：以3500～4500r/min的转速在石墨烯晶圆上旋涂PMMA，静置，获的具有PMMA涂层的石墨烯晶圆。3.如权利要求1或2所述的石墨烯薄膜切割方法，其特征在于，所述PMMA的分子量950K，所述PMMA涂层的厚度为420nm。4.如权利要求1所述的石墨烯薄膜切割方法，其特征在于，在步骤S2中，所述电子束曝光的时间为4～5小时。5.如权利要求1或4所述的石墨烯薄膜切割方法，其特征在于，在步骤S2中，对具有PMMA涂层的石墨烯晶圆使用型号为EBPG5000Plus的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雨微，卞立安，刘培国，查淞，黄贤俊，刘晨曦，林铭团，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：