一种针对CVD法制备的石墨烯薄膜的转移方法技术

本发明专利技术公开了一种针对CVD法制备的石墨烯薄膜的转移方法，属于新型材料和半导体工艺技术领域。在石墨烯薄膜表面悬涂作为支撑层的有机胶体或高分子聚合物；对悬涂了有机胶体或高分子聚合物的石墨烯薄膜进行坚膜；将坚膜完毕后的石墨烯薄膜连同底部基片一起浸泡在去离子水中，使金属层和SiO2层分离；将分离后的支撑层/石墨烯薄膜/金属层放入化学腐蚀液中去除金属层；将支撑层/石墨烯薄膜转移到目标衬底上，加热使石墨烯薄膜紧贴所述目标衬底；去除支撑层，实现石墨烯薄膜的转移。与传统的使用BOE溶液腐蚀SiO2层的方法相比，所述方法避免了BOE溶液对金属层的腐蚀，同时也避免了对石墨烯薄膜的污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新型材料和半导体工艺
，特别涉及一种针对化学气相淀积方法制备的晶圆级石墨烯薄膜的转移方法。
技术介绍
石墨烯是由碳原子构成的六方点阵蜂窝状二维结构的单原子石墨晶体薄膜，它除了具有CNT的性质外，还具有非常丰富和新颖的物理、化学性质它热导率高，电子和空穴迁移率大致相当，理论预计高达2X105cm2/V. s，是Si的电子迁移率100倍，是空穴迁移率的 300倍，并且，电子迁移率和空穴迁移率与温度无关，二维电子气密度达到1013/Cm2，饱和漂移速度达到IO8 cm/s，是Si的6 7倍，其费米速度是光速的1/300。因此，石墨烯被认为是推进微电子技术未来发展的最具潜力的材料和技术。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种利用化学气相淀积法实现晶圆级石墨烯从金属薄膜到任意目标衬底的高质量转移的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供的针对CVD法制备的石墨烯薄膜的转移方法，所述CVD法制备的石墨烯薄膜包括石墨烯薄膜层/金属层/SiO2层/Si层，包括以下步骤在所述石墨烯薄膜表面悬涂作为支撑层的有机胶体或高分子聚合物； 对悬涂了有机胶体或高分子聚合物的所述石墨烯薄膜进行坚膜； 将所述坚膜完毕后的石墨烯薄膜连同底部基片一起浸泡在去离子水中，使所述金属层和所述SiO2层分离；将所述分离后的支撑层/石墨烯薄膜/金属层放入化学腐蚀液中去除金属层； 将所述支撑层/石墨烯薄膜转移到目标衬底上，加热使所述石墨烯薄膜紧贴所述目标衬底；去除所述支撑层，实现所述石墨烯薄膜的转移。作为优选，所述高分子聚合物是聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、光刻正胶 9912、光刻胶AZ5206中的一种。作为优选，所述坚膜过程是在100°C 185°C的温度范围下进行的。作为优选，在对所述金属层和SiO2层进行过程中，加超声。作为优选，所述化学腐蚀液为HNO3,所述HNO3的浓度为0. IM或者0. 25M。作为优选，所述化学腐蚀液为FeCl3溶液或者Fe (NO3) 3溶液，所述FeCl3溶液或者 Fe (NO3) 3溶液的浓度分别为0. 5M或者1M。作为优选，所述目标衬底是SiO2衬底、玻璃衬底、金属衬底和PDMS衬底中的一种。作为优选，去除所述支撑层的步骤包括以下步骤先使用MOS级丙酮，后使用MOS级乙醇将所述石墨烯薄膜表面胶体去除； 将所述被去除表面胶体的石墨烯薄膜放入能够提供体积比为11的氢气和氩气环境，400°C的高温腔体中，退火，去除所述石墨烯薄膜表面的残留胶体。本专利技术提供的针对CVD法制备的石墨烯薄膜的转移方法的第三步利用去离子水的排解力直接使金属层和SiO2层分离，与传统的使用BOE溶液腐蚀SiO2层的方法相比，避免了 BOE溶液对金属层的腐蚀，同时也避免了对石墨烯薄膜的污染。附图说明图1为本专利技术实施例提供的采用CVD法制备的的石墨烯薄膜后基片结构图2为本专利技术实施例提供的针对CVD法制备的石墨烯薄膜的转移方法的工艺流程图。具体实施例方式为了深入了解本专利技术，下面结合附图及具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例附图1为采用CVD法制备的石墨烯薄膜后基片结构，本实施例提供的CVD法制备的石墨烯薄膜包括石墨烯薄膜层/金属Ni层/SiO2层/Si层。附图2为本专利技术实施例提供的针对CVD法制备的石墨烯薄膜的转移方法的工艺流程图，本实施例是将制备在金属镍上的石墨烯薄膜由Si02/Si衬底转移到目标衬底上。具体步骤如下第一步，在石墨烯薄膜表面悬涂作为支撑层的有机胶体或高分子聚合物。本实施例是在石墨烯薄膜表面悬涂光刻正胶9912作为支撑层，悬涂过程使用勻胶机完成，悬涂转速 前转4秒400rpm，后转60秒5500rpm，光刻正胶的厚度是1. 1 μ m。第二步，对悬涂了有机胶体或高分子聚合物的石墨烯薄膜进行坚膜。本实施例是将悬涂有作为支撑层的光刻正胶9912的石墨烯基片放在115°C的热板上，坚膜2min。第三步，将坚膜完毕后的石墨烯薄膜连同底部基片一起浸泡在去离子水中，使金属层和SiO2层分离。本实施例是将坚膜互的石墨烯基片放入IOOmL去离子水中，加超声，以促进金属Ni层和SiO2层分离，15分钟后，光刻正胶9912/石墨烯薄膜/Ni金属层与SiO2/ Si层分离，并且，光刻正胶9912/石墨烯薄膜/Ni金属层漂浮于水面上。第四步，将分离后的支撑层/石墨烯薄膜/金属层放入化学腐蚀液中去除金属层。 本实施例是将8. 125g 冗13粉末慢慢放入上述去离子水中，使其配制成0. 5M的FeCl3溶液， 在这一过程中，需要使光刻正胶9912/石墨烯薄膜/Ni金属层一直处于液体环境中，以避免其在遇到空气之后产生褶皱，1分钟后Ni金属被完全腐蚀后，将Si02/Si层移出，只留下光刻正胶9912/石墨烯薄膜层在FeCl3溶液表面漂浮。还可以将化学腐蚀液配制成IMFeCl3 溶液或者0.5M的Fe (NO3)3溶液或者IM的Fe (NO3) 3溶液。此外，若石墨烯薄膜用于研究电磁传输特性，还可以将化学腐蚀液配制成浓度为0. IM或者0. 25M的ΗΝ03。第五步，将支撑层/石墨烯薄膜转移到目标衬底上，加热使石墨烯薄膜紧贴目标衬底。本实施例是用去离子水稀释上述FeCl3溶液，这一过程中，需要使光刻正胶9912/石墨烯薄膜层一直处于液体环境中，以避免其在遇到空气之后产生褶皱。本实施例的目标衬底选择低成本的Si02/Si衬底，其中，SiO2层厚度为lOOnm，SiO2采用热氧化方法生长在Si 表面，将Si02/Si衬底放入到去离子水中，使得光刻正胶9912/石墨烯薄膜层与Si02/Si衬底附着在一起后脱离水溶液环境，将光刻正胶9912/石墨烯薄膜/Si02/Si放入IOCTC热板4上烘10s，使石墨烯薄膜和目标衬底Si02/Si紧贴。第六步，去除支撑层，实现石墨烯薄膜的转移。本实施例将光刻正胶9912/石墨烯薄膜/Si02/Si先后放入MOS级丙酮和乙醇中，光刻正胶9912被去除，但石墨烯薄膜表面仍然有残留光刻正胶9912，将石墨烯薄膜/Si02/Si放入高温腔体(通入1900sCCm氢气和1700sCCm氩气，腔体温度为400°C )中，退火1小时，石墨烯薄膜表面的残留的光刻正胶 9912被去除，石墨烯薄膜成功转移到目标衬底Si02/Si上。应用本专利技术提供的针对CVD法制备的石墨烯薄膜的转移方法时，由于第三步利用去离子水的排解力直接使金属层和SiO2层分离，与传统的使用BOE溶液腐蚀SiO2层的方法相比，避免了 BOE溶液对金属层的腐蚀，同时也避免了对石墨烯薄膜的污染。本专利技术提供的针对CVD法制备的石墨烯薄膜的转移方法还具有方便、成本低等优点，可以实现晶圆级尺寸石墨烯薄膜高质量的转移。此外，由于本专利技术提供的针对CVD法制备的石墨烯薄膜的转移方法的除第三步之外的基本步骤属于常用方法，与传统方法的兼容性好。以上所述的具体实施方式，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施方式而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。权利要求1.一种针对CVD法制备的石墨烯薄膜的转移方法，所述CVD法制备的石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种针对ＣＶＤ法制备的石墨烯薄膜的转移方法，所述ＣＶＤ法制备的石墨烯薄膜包括石墨烯薄膜层／金属层／ＳｉＯ２层／Ｓｉ层，其特征在于：包括以下步骤：在所述石墨烯薄膜表面悬涂作为支撑层的有机胶体或高分子聚合物；对悬涂了有机胶体或高分子聚合物的所述石墨烯薄膜进行坚膜；将所述坚膜完毕后的石墨烯薄膜连同底部基片一起浸泡在去离子水中，使所述金属层和所述ＳｉＯ２层分离；将所述分离后的支撑层／石墨烯薄膜／金属层放入化学腐蚀液中去除金属层；将所述支撑层／石墨烯薄膜转移到目标衬底上，加热使所述石墨烯薄膜紧贴所述目标衬底；去除所述支撑层，实现所述石墨烯薄膜的转移。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建楠，麻芃，金智，王显泰，
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：11