本发明专利技术提供一种石墨烯晶片的制备方法，包括对需要沉积石墨烯晶片的衬底和石墨材料表面进行活化处理；通过离子注入方法控制石墨烯的厚度；将衬底与石墨表面接触，施加外物理场使石墨烯晶片从石墨材料表面剥离下来并沉积到衬底表面。本发明专利技术提供的石墨烯晶片的制备方法直接将高质量石墨烯制备到合适的衬底上，可实现准确定位到衬底某一指定位置，并且制备的石墨烯晶片厚度和尺寸都可控。同时该制备方法工艺流程简单，设备与微电子工艺设备兼容，不需要大量的人工劳动力，重复性好，可以用于自动化宏量生产石墨烯晶片。
Method for preparing graphene wafer
The present invention provides a method for preparing graphene wafers, including the need for deposition of graphene wafer substrate and graphite surface activation processing method; control the thickness of graphene by ion implantation; contacting the substrate and the surface of graphite, applied science field to Shi Moxi outside the wafer from the surface of graphite material stripped down and deposited onto the substrate the surface. The high quality graphene preparation to suitable substrate graphene wafer of the invention provides the preparation method can realize the accurate positioning of the substrate to a specified position, and the graphene wafer thickness and size are controlled by. At the same time, the preparation process is simple, the equipment is compatible with the microelectronic process equipment, and does not need a large amount of labor force, and has good repeatability.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体制备
，特别涉及。
技术介绍
硅纳米材料一般在尺寸小于IOnm线宽时，因为一些物理因素的制约，在做成器件的过程中就会受到很大的困扰。按照目前的技术水平，当材料的尺寸小于IOnm后，制作出来的器件性能非常的不稳定，同时因为存在噪声也不能达到较高的集成度，使目前纳米器件的高速度还不能完全得以突破，这就迫使人们去探索新一代的电子器件。而作为二维材料体系石墨烯，因具有体积小，形状可控，电子的运动速度快(达到光速的1/300)，单电子晶体管在室温下可运作等一些非常优异的性能而备受关注。早期对这种材料的研究只是局限在理论方面，自从2004年石墨烯的成功制备，使得人们寻找到了一种可以替代传统硅半导体材料的新型纳米半导体材料。目前，普遍认为石墨烯在制作晶体管方面有着非常广阔的发展前景，单层石墨烯内部的电子不会发生散射，可以在网状结构的晶格中自由移动。利用这种特殊的性质，我们可以制造转换速度极高的晶体管，从而提高器件的运转速度，对未来的科技发展有着很大的推动作用，理论上的可发展性目前已经被研究者们实施，基于单层膜结构的纳米半导体晶体管已经开始出现。由石墨烯的发现者英国曼切斯特大学物理和天文学系的安德烈.K.海姆(Andre Geim)教授和科斯佳.诺沃谢洛夫(Kostya Novoselov)开发出来仅I 个原子厚10个原子宽的世界上最小的晶体管。这使人们朝着制造可靠的纳米级超小型晶体管的方向迈出了重要一步。石墨烯因其优异的电子传导性能，使其有可能成为组建纳米电子器件的最佳材料。在纳电子器件方面，石墨烯的可能应用包括:超高速计算机芯片，太阳能电池的透明电极，纳米传感器，储能材料等。石墨烯薄膜能用来生产超高速计算机芯片。目前使用硅原料的计算机芯片在进一步微型化过程中，因硅在微小尺寸下变得很不稳定而遇到瓶颈。科学家相信，石墨烯薄膜解决了这个问题后，将加快计算机芯片微型化脚步，并大幅提升运算速度。石墨烯可用作太阳能电池的透明电极，也可将其放在Si衬底上来做晶体管。传感器和铿电池中的阳极材料都有可能会受益于石墨烯。另外，太阳能电池，液晶显示器，抗静电涂层，聚合物复合材料，透明薄膜等这些方面石墨烯都存在着潜在的应用价值。目前石墨烯的制备方法主要 有以下几种:(I)胶带机械剥离法:这种方法也叫粘胶带法或者撕拉法，是由Novoselov在最初发现石墨烯时所采用的一种比较简单的方法，从高定向石墨晶体上剥离出小块，然后重复剥离，产量较少，机械剥离法所得到的石墨烯片层较小，并且很难扩大规模实现大范围应用，但由于制备的石墨烯质量高，制备方法简单，对基础的研究却非常有用；(2) SiC外延法:但是它受SiC衬底的影响比较大，同时其厚度由加热温度决定，目前制备大面积单层石墨烯还比较困难；(3)CVD法:该方法可以满足规模化制备高质量、大面积石墨烯的要求，但现阶段较高的成本、复杂的工艺及精确的控制加工条件制约了 CVD法制备石墨烯的发展；(4)液相或气相直接剥离法:原料采用廉价的石墨或膨胀石墨为原料，制备过程不涉及化学变化，液相或者气相直接剥离法制备石墨烯具有成本低，操作简单，产品质量高等优点，但存在石墨烯产率不高，片层团聚严重等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种确保制备的石墨烯晶片的尺寸，位置以及厚度等具有较好的可控性，同时保持较高产率和质量的。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种，包括:对需要沉积石墨稀晶片的衬底和石墨材料表面进行活化处理；通过离子注入方法控制石墨烯的厚度；将衬底与石墨表面接触，施加外物理场使石墨烯晶片从石墨材料表面剥离下来并沉积到衬底表面。进一步地，所述衬底材料为Si，Ge，GaAs，InP，SiC，GaN半导体衬底中的一种；或为 Fe, Cu, Al, Au, Ag, Ni, Cr, Cuff导体衬底中的一种；或为云母，硼化玻璃，蓝宝石，石英，MgO， SiO2绝缘衬底中的一种或者上述衬底为已进行光刻图形化的衬底。进一步地，所述对需要沉积石墨烯晶片的衬底和石墨材料表面进行活化处理包括采用H2SO4溶液，HF溶液，HNO3溶液，NH4OH溶液，H2O2溶液，HCl溶液，丙酮，无水乙醇，H2O溶液的一种或几种对所述石墨稀晶片的衬底和石墨材料表面进行湿法处理。进一步地，所述对需要沉积石墨烯晶片的衬底和石墨材料表面进行活化处理包括采用02，H2, He, N2, Ar，Ne, Kr，Xe, NF3, CF4等离子体气源的一种或者几种对所述石墨烯晶片的衬底和石墨材料表面进行干法处理。进一步地，所述石墨材料为下述石墨材料中的一种:高定向热解石墨、Kish石墨、 天然鳞片石墨、人工合成石墨、可膨胀石墨、土状石墨；所述石墨材料为已进行光刻图形化的上述石墨材料。进一步地，所述对石墨材料定义指定深度分解面是采用等离子体浸没离子注入或束线离子注入。进一步地，所述离子注入的离子为下述离子的一种:H离子、O离子、He离子、Ar离子、N离子，Ne离子，Kr离子，Xe离子。1进一步地，所述工艺离子注入深度控制在0.1nm IOOnm范围内。进一步地，所述施加的物理场为下述物理场中的一种或者几种:温度场，电场，力场，气体场。进一步地，当物理场为温度场时，施加的温度场的温度为20 1000°C，温度场施加时间5s Ih ;当物理场为电场时，施加的电场的电压为-30KV 30KV，电场施加时间5s lh。当物理场为力场时，施加的力场的电压为IN 20000N,力场施加时间5s Ih ;当物理场为气体场时，施加的气体场压强范围为10_7Pa IOOOPa ;加入的气体种类可以为下述气体的一种或者几种:02，H2, He，N2, Ar，Kr，Xe。本专利技术提供的一种石墨烯晶片制备方法，直接将高质量石墨烯制备到合适的衬底上，可实现准确定位到衬底某一指定位置，并且制备的石墨烯晶片厚度和尺寸都可控。同时该制备方法工艺流程简单，设备与微电子工艺设备兼容，不需要大量的人工劳动力，重复性好，可以用于自动化宏量生产石墨烯晶片。这对于研究石墨烯的基本性质以及开发基于石墨烯的电子器件以及集成电路有着重要的影响。附图说明图1为根据本专利技术实施例提供的制备所得的石墨烯晶片的光学照片；图2为图1所示石墨烯晶片的拉曼光谱。具体实施方式本专利技术实施例提供一种，包括对需要沉积石墨烯晶片的衬底和石墨材料表面进行活化处理；通过离子注入方法控制石墨烯的厚度；将衬底与石墨表面接触,施加外物理场使石墨烯晶片从石墨材料表面剥离下来并沉积到衬底表面。衬底材料为下述衬底中的一种:Si, Ge, GaAs, InP, SiC, GaN等半导体衬底，Fe, Cu, Al, Au, Ag, Ni, Cr，Cuff等导体衬底，云母，硼化玻璃，蓝宝石，石英，MgO，SiO2等绝缘衬底或者上述已进行光刻图形化的上述材料衬底。衬底和石墨材料活化处理方法包括湿法和干法处理的一种或者几种，其中湿法处理使用的溶液包括下述溶液中的一种或者几种=H2SO4溶液，HF溶液，HNO3 溶液，NH4OH溶液，H2O2溶液，HCl溶液，丙酮，无水乙醇，H2O溶液等。其中干法处理所用的等离子体气源包括下述气体的一种或者几种:02, H2, He, N2, Ar, Ne, Kr, Xe, NF本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯晶片的制备方法，其特征在于，包括：对需要沉积石墨烯晶片的衬底和石墨材料表面进行活化处理；通过离子注入方法控制石墨的厚度；将衬底与石墨表面接触，施加外物理场使石墨烯晶片从石墨材料表面剥离下来并沉积到衬底表面。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：夏洋，李超波，解婧，罗巍，张阳，
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：
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