【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石墨烯，更具体地说，涉及一种图案化石墨烯硅晶圆制备方法及设备。
技术介绍
1、石墨烯自2004年发现以来，得到了广泛研究且已证明是一种性能优越的材料，例如具有优越的导电性能、良好的导热性能以及大的比表面积等，已经被越来越多的科研人员所关注。现代微电子器件尺寸极小，精密度高，这就对应用于其中的石墨烯的质量提出了严苛的要求，因此，如何制备出高质量的石墨烯并将其完整转移至硅衬底成为了该领域研究人员的重要挑战。目目前为止报道的石墨烯的制备方法很多，主要包括微机械剥离法、sic外延法、化学剥离法和cvd法，其中cvd法制备石墨烯操作简单，制得石墨烯质量高，面积大，已经成为获得高质量石墨烯的主要方法。
2、如果将生长在金属衬底上的石墨烯薄膜转移至硅衬底上，就不可避免的会引入杂质、破洞等非理想因素从而降低薄膜质量。针对这一情况，已有研究人员采用在硅衬底上镀薄金属层的方法直接生长石墨烯并取得了不错的结果，但使用这种方法生长的石墨烯质量仍然与实际应用的要求有较大差距。
3、因此市场需求一种能直接在硅晶圆得到生长了图案化石墨烯薄膜的技术。以期通过该技术减少石墨烯薄膜转移到硅衬底上的步骤，避免破损的产生和杂质的引入。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种图案化石墨烯硅晶圆制备方法及设备。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、构造一种图案化石墨烯硅晶圆制备方法，包括以下步骤：>
4、步骤s1、对硅晶圆表面进行活化处理；
5、步骤s2、使用石墨烯分散液在所述硅晶圆上涂覆特定的图案，形成氧化石墨烯分散液膜，所述分散液为氧化石墨烯或官能化的氧化石墨烯；
6、步骤s3、将涂覆完成的后的石墨烯分散液膜晾干，形成氧化石墨烯膜；
7、步骤s4、对氧化石墨烯膜加热固化处理；
8、步骤s5、将加热后的硅晶圆置于还原性气氛下；
9、步骤s6、通过激光对置于还原性气氛下氧化石墨烯膜照射，得到生长了图案化石墨烯的硅晶圆。
10、优选的，在步骤s1中，对硅晶圆表面进行活化处理的方法为高温加热处理、等离子轰击处理和食人鱼溶液处理的一种或几种。活化处理可以选择硅晶圆600到1000度高温加热30到120min，或者等离子轰击30到120min，或食人鱼溶液处理5-60min。
11、优选的，在步骤s2中，所述官能化的氧化石墨烯含有的官能团为酰亚胺基团、苯环结构或磺基。所述氧化石墨烯或官能化氧化石墨烯不对制备方法进行限制。
12、优选的，在步骤s4中，以80-200℃的温度对硅晶圆加热固化5-60min。
13、优选的，在步骤s5中，所述还原性气氛包括由氢气、硫化氢、氨气、一氧化碳等气体中的一种或几种构成的气氛；将硅晶圆置于还原性气氛后进行150-400度加热。该氛围可以降低激光照射所需的功率，对石墨烯薄膜进行功能化掺杂。
14、优选的，在步骤s6中，所述激光为带有脉冲的红宝石激光或二氧化碳激光，所述激光照射的功率为1-50w；所述激光照射的总时间为20s～70s。
15、优选的，在步骤s2中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.1％-2％。
16、优选的，在步骤s3中，石墨烯分散液膜的晾干温度为常温，晾干时间为0.5-6h，晾干后石墨烯的厚度为2um。
17、优选的，在步骤s1中，通过x射线光电子能谱检测检测硅晶圆是否具有含氧位点，若检测含氧位点形成则停止活化处理；在步骤s2中，通过激光反射测量来实时监测石墨烯分散液的涂布情况，并根据监测结果实时调节涂覆过程，以保持石墨烯分布的均匀性；在步骤s3中，通过红外干燥或微波干燥对石墨烯分散液膜进行加速晾干，通过实时测量石墨烯分散液膜的重量判断是否干燥完成；在步骤s6中，将加热后的硅晶圆置于还原性气氛下，并通过激光对氧化石墨烯膜进行照射，通过显微拉曼光谱获取氧化石墨烯膜厚度和均匀性数据，并根据数据内容对激光功率进行控制。
18、优选的，在步骤s2中，根据检测结果实时调节涂覆过程的方法为：
19、根据激光反射数据表征硅晶圆表面的石墨烯分散液的厚度信息，通过石墨烯分散液膜的厚度信息生成厚度分布模型；
20、获取预设的石墨烯分散液膜的厚度参考模型，在厚度分布模型中建立位置坐标系，以硅晶圆中心为端点建立坐标轴，将硅晶圆表面均匀分割成若干点位，并确定每个点位的坐标值；
21、将厚度分布模型与厚度参考模型重合进行对比，将厚度分布模型每个点位的厚度值与厚度参考模型的厚度值做差值比较运算得到厚度比较值，并对其进行记录；若厚度比较值的绝对值小于修正值，则标记为正常点位，记录其厚度比较值为0，若厚度比较值的绝对值大于修正值，则标记为异常点位，将彼此相连的异常点位的进行整合获得多块异常区域；
22、获取石墨烯分散液膜上的每块异常区域的外轮廓；并根据异常点位的坐标值确定该异常区域的坐标区域，以此计算出异常发生的实际位置；其中，确定坐标区域的方法为：以异常区域上下左右四边最外缘点为切点，做切线，以切线所在坐标确定异常区域所占的范围；
23、判断异常区域为凹陷或是凸起；以异常区域中心点为圆心向外呈圆周辐射；分别标记厚度比较值大于0以及小于0的点位；则厚度比较值大于0的异常区域判定为凹陷；厚度比较值大于0的异常区域判定为凸起；
24、对判定为凹陷的异常区域进行二次涂覆，直至所有判定为凹陷的异常区域的厚度值均大于厚度参考模型的厚度值，将二次涂覆后的涂覆异常区域的周围预设区域进行涂覆厚度均匀性检测，判断该区域的厚度比较值是否大于修正值，若厚度比较值大于修正值，则标记为异常点位，将彼此相连的异常点位的进行整合获得多个异常区域；则对石墨烯分散液膜上的多个异常区域进行磨除；
25、在实时监测中，将收集到的数据输入到训练好的预测模型中进行分类，根据涂覆数据对石墨烯分散液膜厚度进行预测，根据预测结果实施调节涂覆量；其中，训练模型的方法为：
26、收集与氧化石墨烯薄膜制备过程相关的数据，包括涂覆量和对应的石墨烯分散液膜厚度变化；
27、对收集到的数据进行预处理，数据预处理包括去除噪声、处理缺失值和标准化数据，从预处理后的数据中提取特征，并进行特征选择，确定用于训练svm模型的特征集合；
28、对提取的特征集合进行标记，区分正常制备情况和异常情况，并整合成数据集，采用交叉验证的方法将数据集划分为训练集和测试集；
29、使用训练集对svm模型进行训练，通过传入已标记的数据，svm模型学习和识别正常和异常情况的特征模式；
30、使用测试集验证训练好的模型，通过测试集评估模型的性能和泛化能力，若未达到指标则调整模型的超参数并对其进行重新训练，若达到指标则完成训练；
31、将训练好的svm模型应用于实时预测。
32、优选的，制备本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种图案化石墨烯硅晶圆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的图案化石墨烯硅晶圆的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，对硅晶圆表面进行活化处理的方法为高温加热处理、等离子轰击处理和食人鱼溶液处理的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的图案化石墨烯硅晶圆的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述官能化的氧化石墨烯含有的官能团为磺酸基、酰亚胺基团、苯环结构。
4.根据权利要求1所述的图案化石墨烯硅晶圆的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，以80-200℃的温度对硅晶圆加热固化5-60min。
5.根据权利要求1所述的图案化石墨烯硅晶圆的制备方法，其特征在于，在步骤S5中，所述还原性气氛包括由氢气、硫化氢、氨气、一氧化碳等气体中的一种或几种构成的气氛；将硅晶圆置于还原性气氛后进行150-400度加热。
6.根据权利要求1所述的图案化石墨烯硅晶圆的制备方法，其特征在于，在步骤S6中，所述激光为带有脉冲的红宝石激光或二氧化碳激光，所述激光照射的功率为1-50W；所述激光照射的总时间为20S～70S；在步
7.根据权利要求1所述的图案化石墨烯硅晶圆的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，通过X射线光电子能谱检测检测硅晶圆是否具有含氧位点，若检测含氧位点形成则停止活化处理；在步骤S2中，通过激光反射测量来实时监测石墨烯分散液的表面性状进行检测，判断其涂覆均匀性，并根据监测结果实时调节涂覆过程；在步骤S3中，通过红外干燥或微波干燥对石墨烯分散液膜进行加速晾干，通过实时测量石墨烯分散液膜的重量判断是否干燥完成；在步骤S6中，将加热后的硅晶圆置于还原性气氛下，并通过激光对氧化石墨烯膜进行照射，通过显微拉曼光谱获取氧化石墨烯膜厚度和均匀性数据，并根据数据内容对激光功率进行控制。
8.根据权利要求7所述的图案化石墨烯硅晶圆的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，根据检测结果实时调节涂覆过程的方法为：
9.根据权利要求1所述的图案化石墨烯硅晶圆的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，将氧化石墨烯分散液涂覆于硅晶圆表面的方法为滴涂、浇筑、浸渍、丝网印刷、喷墨打印、辊涂、涂覆、刮涂、旋涂中的任一种方式。
10.一种图案化石墨烯硅晶圆设备，基于权利要求1-9所述的图案化石墨烯硅晶圆的制备方法制造而成，包括由硅晶圆衬底，和覆盖在硅晶圆衬底表面上的图案化石墨烯膜。
...【技术特征摘要】
1.一种图案化石墨烯硅晶圆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的图案化石墨烯硅晶圆的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，对硅晶圆表面进行活化处理的方法为高温加热处理、等离子轰击处理和食人鱼溶液处理的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的图案化石墨烯硅晶圆的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述官能化的氧化石墨烯含有的官能团为磺酸基、酰亚胺基团、苯环结构。
4.根据权利要求1所述的图案化石墨烯硅晶圆的制备方法，其特征在于，在步骤s4中，以80-200℃的温度对硅晶圆加热固化5-60min。
5.根据权利要求1所述的图案化石墨烯硅晶圆的制备方法，其特征在于，在步骤s5中，所述还原性气氛包括由氢气、硫化氢、氨气、一氧化碳等气体中的一种或几种构成的气氛；将硅晶圆置于还原性气氛后进行150-400度加热。
6.根据权利要求1所述的图案化石墨烯硅晶圆的制备方法，其特征在于，在步骤s6中，所述激光为带有脉冲的红宝石激光或二氧化碳激光，所述激光照射的功率为1-50w；所述激光照射的总时间为20s～70s；在步骤s2中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.1％-2％；在步骤s3中，石墨烯分散液膜的晾干温度为常温晾干，晾干时间为0...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘登，李炜康，
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：
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