基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法技术

本发明专利技术属于化学气相沉积法石墨烯转移技术领域，具体涉及一种基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法。针对现有石墨烯转移方法中容易造成聚甲基丙烯酸甲酯残留，并且使用的贵金属成本高的问题，本发明专利技术提供了一种基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法，包括如下步骤：a、在金属基底上生长石墨烯；b、正面沉积一层金属铬；c、将聚甲基丙烯酸甲酯旋涂到正面上，加热固化；d、背面放入轰击等离子体的装置，抽真空后轰击等离子体；e、正面朝上加入蚀刻溶液中，蚀刻掉金属基底；f、去除聚甲基丙烯酸甲酯；g、去除铬金属层。本发明专利技术首次采用金属铬沉积作为牺牲层进行石墨烯转移，铬金属膜的结合力较强，能减少聚甲基丙烯酸甲酯残留，转移效果更好。转移效果更好。

【技术实现步骤摘要】
基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法


[0001]本专利技术属于化学气相沉积法石墨烯转移
，具体涉及一种基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法。

技术介绍

[0002]石墨烯作为二维材料的代表，因其优异的性能在很多领域具有巨大的应用前景。目前，性能优越性状稳定的石墨烯薄膜多采用化学气相沉积(CVD)法在Cu箔上制备得到。这种方法制备的石墨烯薄膜需要被转移到目标基底上进行后续应用，而转移过程会对石墨烯造成污染或破坏，进而影响石墨烯的性质及器件的性能。如何减少或避免污染，实现石墨烯薄膜的洁净转移，是石墨烯转移研究的重要方向。
[0003]石墨烯转移技术有很多，其中湿法转移主要是利用刻蚀液将金属衬底刻蚀掉，这种转移方法需要支撑膜的辅助来完成石墨烯的转移，其中最为常见的支撑膜为聚甲基丙烯酸甲酯。在转移过程中聚甲基丙烯酸甲酯直接接触石墨烯，难以清除聚甲基丙烯酸甲酯。而导致本征聚甲基丙烯酸甲酯残留的原因是因为聚甲基丙烯酸甲酯的吸附能较大，导致聚甲基丙烯酸甲酯与石墨烯薄膜之间的结合力强，并且由于其长链结构，可导致石墨烯缺陷位置的碳原子发生从sp2到sp3的局部重新杂化，因此转移后石墨烯表面通常会留下大量高度亚微米的聚甲基丙烯酸甲酯残留。为了降低聚甲基丙烯酸甲酯与石墨烯的结合力，且避免聚甲基丙烯酸甲酯导致石墨烯缺陷位置碳原子的sp3杂化，可以在聚甲基丙烯酸甲酯与石墨烯之间插入一层金属。
[0004]目前广泛使用的金属牺牲层有金、银、铝等，但这些贵金属成本较高。金属铬是一种稍带蓝色的银白色金属，成本低廉，其在大气中有强烈的钝化能力，能长久保持光泽；铬对多种酸及强碱都有很好的耐腐蚀性，化学稳定性好；同时，铬还有高硬度、高电阻率等等特点。由于铬的多种特性，采用各种表面技术制备的铬及其合金膜层在表面工程中得以广泛应用。若是能用铬来作为金属牺牲层，则会显著降低生产成本，还可以降低聚甲基丙烯酸甲酯残留率。但目前，并没有使用铬作为金属牺牲层的报道，主要是因为还没有采用铬作为金属牺牲层来对石墨烯转移的方法，亟待开发。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题为：现有石墨烯转移方法中容易造成聚甲基丙烯酸甲酯残留，并且使用的贵金属成本高的问题。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案为：提供一种基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法。该方法包括如下步骤：
[0007]a、采用化学气相沉积法在金属基底上生长石墨烯，得到第一样片；
[0008]b、在第一样片正面沉积一层金属铬，得到第二样片；所述的沉积采用平面磁控溅射技术进行沉积；
[0009]c、将聚甲基丙烯酸甲酯旋涂到第二样片的正面上，加热固化后得到第三样片；
[0010]d、将第三样片的背面放入轰击等离子体的装置，抽真空后轰击等离子体，轰击结束得到第四样片；
[0011]e、将第四样片正面朝上加入蚀刻溶液中，蚀刻掉金属基底清洗后得到第五样片；
[0012]f、将第五样片中的聚甲基丙烯酸甲酯去除，得到第六样片；
[0013]g、将第六样片中的铬金属层去除。
[0014]其中，上述基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法中，步骤a所述的金属基底为铜、镍、铂、钴、铁、钼、钌或铱中的一种。优选的，所述的金属基底为铜。
[0015]其中，上述基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法中，步骤a所述的石墨烯为单层石墨烯、双层石墨烯或多层石墨烯。
[0016]其中，上述基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法中，步骤b所述的平面磁控溅射技术的具体操作步骤为：全程采用单一靶放电模式进行，系统抽真空，以氩气作为溅射气体冲入真空腔室中，于靶电流0.5A条件下进行10min的离子清洗；以0.3A/min的增速逐渐将靶电流从0.5A升至2A，进行过渡层的沉积；之后保持靶电流2A，沉积时间为1
‑
30min，进行铬镀层的沉积；沉积后进行退火，将沉积好的薄膜试样放入GSL
‑
1400X型管式炉中，通氩气，退火温度为500
‑
2000℃，退火时间为0.5
‑
1h。
[0017]其中，上述的平面磁控溅射技术满足下述至少一项：
[0018]所述的单一靶放电模式的靶材尺寸为200mm
×
230mm，工件架旋转速度为1
‑
10r/min，优选为3r/min；或
[0019]所述的真空真空度为1.0
‑
4.0
×
10
‑3Pa，优选为4.0
×
10
‑3Pa；或
[0020]所述的氩气纯度为99.999％，流量为10
‑
30cm3/min，优选为15cm3/min；或所述的退火温度为500℃，时间为1h。
[0021]其中，上述基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法中，步骤c所述的旋涂速度为3000
‑
5000rmp/s。优选为3000rmp/s。
[0022]其中，上述基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法中，步骤c所述的加热固化聚甲基丙烯酸甲酯的温度为60
‑
90℃，时间为10
‑
60min。
[0023]优选的，上述基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法中，步骤c所述的加热固化聚甲基丙烯酸甲酯的温度为90℃，时间为15min。
[0024]其中，上述基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法中，步骤d所述的抽真空时间为1
‑
30min。优选为15min。
[0025]其中，上述基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法中，步骤d所述的轰击等离子体的功率为Low，时间为10
‑
60min。优选为20min。
[0026]其中，上述基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法中，步骤e所述的蚀刻溶液为过硫酸铵或氯化铁，浓度为0.1
‑
3mol/L。
[0027]所述的蚀刻分为两次，第一次蚀刻时间为1
‑
3h，优选为3h，第二次蚀刻将第四样片转移到新的蚀刻液中，蚀刻时间为1
‑
20h，优选为18h。
[0028]其中，上述基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法中，步骤e所述的清洗的步骤具体操作为：先使用超纯水清洗一次，再使用1：20的盐酸溶液清洗一次，后使用超纯水清洗三次，然后使用硅晶圆捞出，吸水晾干，吸水晾干时间为1
‑
2h，最后加热，加热温度为60
‑
150℃，加热时间为5
‑
60min。
[0029]进一步的，吸水晾干时间优选1.5h，加热温度优选为150℃，加热时间优选为15min。
[0030]其中，上述基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法中，步骤f所述的去除聚甲基丙烯酸甲酯的具体操作为：将第五样片泡入丙酮当中加热，加热时间10
‑
60min，加热温度30
‑
150℃，后依次用丙酮和异丙醇各冲洗2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法，其特征在于，包括如下步骤：a、采用化学气相沉积法在金属基底上生长石墨烯，得到第一样片；b、在第一样片正面沉积一层金属铬，得到第二样片；所述的沉积采用平面磁控溅射技术进行沉积；c、将聚甲基丙烯酸甲酯旋涂到第二样片的正面上，加热固化后得到第三样片；d、将第三样片的背面放入轰击等离子体的装置，抽真空后轰击等离子体，轰击结束得到第四样片；e、将第四样片正面朝上加入蚀刻溶液中，蚀刻掉金属基底清洗后得到第五样片；f、将第五样片中的聚甲基丙烯酸甲酯去除，得到第六样片；g、将第六样片中的铬金属层去除。2.根据权利要求1所述的基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法，其特征在于：步骤a所述的金属基底为铜、镍、铂、钴、铁、钼、钌或铱中的一种。3.根据权利要求1所述的基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法，其特征在于：步骤a所述的石墨烯为单层石墨烯、双层石墨烯或多层石墨烯。4.根据权利要求1所述的基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法，其特征在于：步骤b所述的平面磁控溅射技术的具体操作步骤为：全程采用单一靶放电模式进行，系统抽真空，以氩气作为溅射气体冲入真空腔室中，于靶电流0.5A条件下进行10min的离子清洗；以0.3A/min的增速逐渐将靶电流从0.5A升至2A，进行过渡层的沉积；之后保持靶电流2A，沉积1
‑
30min，进行铬镀层的沉积；沉积后进行退火，将沉积好的薄膜试样放入GSL
‑
1400X型管式炉中，通氩气，退火温度为500
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2000℃，退火时间为0.5
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1h。5.根据权利要求4所述的基于金属铬牺牲层的石墨烯转移方法，其特征在于：满足下述至少一项：所述的单一靶放电模式的靶材尺寸为200mm
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230mm，工件架旋转速度为1
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【专利技术属性】
技术研发人员：李炜康，潘登，侯伟盛，
申请(专利权)人：深圳前海石墨烯产业有限公司，
类型：发明
国别省市：