專利名稱：一種石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及石墨烯半導(dǎo)體薄膜材料，尤其涉及將大面積無(wú)損
傷石墨烯薄膜從制備基片表面轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基片表面的方法。
背景技術(shù)：
英國(guó)曼徹斯特大學(xué)Geim教授2004年發(fā)現(xiàn)的石墨烯(Gr即hene)是一種由單層碳 原子緊密堆積成二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)新型薄膜材料。石墨烯薄膜的室溫本征電子遷移率 可達(dá)200000cm7Vs，是Si (約1400cm7Vs)的140倍、GaAs (約8500cm7Vs)的20倍、GaN(約 2000cm7Vs)的100倍。石墨烯薄膜這些優(yōu)異電學(xué)性能，使其在超高頻乃至太赫茲電子器 件、超級(jí)計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域具有巨大、潛在的應(yīng)用價(jià)值，使得石墨烯薄膜的研究具有重要的工程 意義。正是因?yàn)槭┚w管比硅管更高效，更快而且耗能更低，有預(yù)言石墨烯薄膜可能最 終取代硅。 要實(shí)現(xiàn)這些潛在應(yīng)用的前提條件是要能夠制備大面積、低成本的石墨烯薄膜?；?學(xué)氣相沉積(CVD)法是最重要的制備大面積石墨烯薄膜的方法之一，其工藝簡(jiǎn)單且成本低 廉。但CVD法合成的石墨烯薄膜通常附著在金屬基片表面，不利于石墨烯電子器件的加工、 制造，必須將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基片上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)單、廉價(jià)的石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移方法，可以方便地將大面積石墨
烯薄膜轉(zhuǎn)移至任意目標(biāo)基片上，且不會(huì)產(chǎn)生較大的損傷。 本發(fā)明技術(shù)方案如下 —種石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移方法，如圖1所示，包括以下步驟
步驟1 :在石墨烯薄膜表面旋涂一層有機(jī)膠體。
步驟2 :將石墨烯薄膜表面旋涂的有機(jī)膠體層在50 IO(TC的溫度條件下烘干。
步驟3 :將步驟2烘干后的石墨烯薄膜浸入腐蝕溶液中，浸入時(shí)使原基片層朝下，
而有機(jī)膠體層向上；所述腐蝕溶液應(yīng)選用對(duì)原基片具有腐蝕性能的溶液。
步驟4 :待原基片被腐蝕溶液腐蝕掉后，將懸浮在腐蝕溶液表面的石墨烯薄膜和
有機(jī)膠體層的結(jié)合體轉(zhuǎn)入去離子水中清洗，以去掉殘留的腐蝕溶液；清洗時(shí)應(yīng)保證有機(jī)膠
體層朝上而石墨烯薄膜朝下。 步驟5 :將經(jīng)步驟4清洗后的石墨烯薄膜和有機(jī)膠體層的結(jié)合體均勻鋪展在目標(biāo) 基片上，使石墨烯薄膜與目標(biāo)基片表面緊貼在一起，然后在60 IO(TC的溫度條件下烘干。
步驟6 :采用去膠溶劑浸泡或蒸汽除去石墨烯薄膜表面的有機(jī)膠體層，得到轉(zhuǎn)移 至目標(biāo)基片表面的石墨烯薄膜。 上述方案中，步驟l使用的有機(jī)膠體可以是光刻膠、電子蝕刻膠、聚酰亞胺或 PDMS ;步驟4使用的目標(biāo)基片可以是金屬基片、半導(dǎo)體基片、氧化物基片或塑料基片；步驟6 使用的去膠溶劑可以為丙酮、乙醇或異丙醇。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，步驟6去除石墨烯薄膜表面的有機(jī)膠體層時(shí)，若直接采用去膠溶劑浸 泡或蒸汽除去石墨烯薄膜表面的有機(jī)膠體層，如果去膠溶劑濃度過(guò)大或去膠時(shí)浸泡時(shí)間過(guò) 長(zhǎng)，可能會(huì)對(duì)石墨烯薄膜造成損傷；若先在需要去除的有機(jī)膠體層表面滴加與該有機(jī)膠體 層相同的液態(tài)有機(jī)膠體，待滴加的液態(tài)有機(jī)膠體潤(rùn)濕有機(jī)膠體層后，再采用去膠溶劑浸泡 或蒸汽就更容易除去石墨烯薄膜表面的有機(jī)膠體層，而不至于對(duì)石墨烯薄膜造成損傷。
本發(fā)明提供的石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移方法，可以方便地將大面積石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至任 意目標(biāo)基片上，且不會(huì)產(chǎn)生較大的損傷。石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移面積可達(dá)數(shù)平方英寸，且工藝簡(jiǎn) 單、操作方便、成本廉價(jià)，可與半導(dǎo)體工藝結(jié)合用于制備石墨烯半導(dǎo)體器件。


圖1為本發(fā)明的流程圖。 圖2為附著在銅基片上的石墨烯薄膜光學(xué)照片(a)及其拉曼圖譜(b)。 圖3為將石墨烯薄膜從銅基片上轉(zhuǎn)移至二氧化硅/硅基片上的光學(xué)照片(a)及其
拉曼圖譜(b)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
實(shí)施例1 :將金屬銅基片上的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至氧化硅或硅基片上 首先在石墨烯薄膜表面旋涂一層電子蝕刻膠(PMMA)，于8(TC溫度條件下，烘干5
分鐘；再將其浸泡于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硝酸鐵水溶液中，直到銅腐蝕完后，將懸浮在腐蝕
溶液表面的石墨烯薄膜和有機(jī)膠體層的結(jié)合體轉(zhuǎn)入去離子水中清洗，以去掉殘留的腐蝕溶
液；清洗時(shí)應(yīng)保證有機(jī)膠體層朝上而石墨烯薄膜朝下；然后將石墨烯薄膜和有機(jī)膠體層的
結(jié)合體均勻鋪展在氧化硅或硅目標(biāo)基片上，使石墨烯薄膜與目標(biāo)基片表面緊貼在一起，然
后在80°C的溫度條件下烘干5分鐘；最后采用丙酮浸泡，直到PMMA膠完全溶解，得到轉(zhuǎn)移
至目標(biāo)基片表面的石墨烯薄膜。由圖3可見(jiàn)，通過(guò)該方法轉(zhuǎn)移的石墨烯較均勻損傷小。對(duì)
比轉(zhuǎn)移前后的拉曼圖譜，可見(jiàn)石墨烯特征峰G峰及2D峰均未發(fā)生變化，即石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移
前后并沒(méi)有影響其結(jié)構(gòu)特性。 實(shí)施例2 :將在金屬銅上的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至塑料基片上
具體步驟與實(shí)施例1類(lèi)似，但采用的目標(biāo)基片為塑料基片。
實(shí)施例3 :將在金屬銅上的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至不銹鋼基片上
具體步驟與實(shí)施例1類(lèi)似，但采用的目標(biāo)基片為不銹鋼基片。
實(shí)施例4 :將在金屬銅上的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至氮化鎵基片上
具體步驟與實(shí)施例1類(lèi)似，但采用的目標(biāo)基片為氮化鎵基片。
實(shí)施例5 :將在金屬鎳上的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至氧化硅/硅基片上
具體步驟與實(shí)施例1類(lèi)似，但采用的有機(jī)膠體為光刻膠。
實(shí)施例6 :將在金屬鎳上的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至氧化硅/硅基片上
具體步驟與實(shí)施例1類(lèi)似，但采用的有機(jī)膠體為PDMS。
實(shí)施例7 :將在金屬鎳上的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至氧化硅/硅基片上
具體步驟與實(shí)施例1類(lèi)似，但采用的有機(jī)膠體為聚酰亞胺。
4
實(shí)施例8 :將在氧化硅上的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至鋯鈦酸鉛基片上
先在石墨烯薄膜表面旋涂上電子蝕刻膠(PMMA)，于80度下烘5分鐘；再將其浸泡 于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 %的氫氟酸溶液中，直到氧化硅腐蝕完后，將懸浮在腐蝕溶液表面的石墨 烯薄膜和有機(jī)膠體層的結(jié)合體轉(zhuǎn)入去離子水中清洗，以去掉殘留的腐蝕溶液；清洗時(shí)應(yīng)保
證有機(jī)膠體層朝上而石墨烯薄膜朝下；然后將石墨烯薄膜和有機(jī)膠體層的結(jié)合體均勻鋪展 在鋯鈦酸鉛目標(biāo)基片上，使石墨烯薄膜與目標(biāo)基片表面緊貼在一起，然后在80°C的溫度條 件下烘干5分鐘；最后采用丙酮浸泡，直到PMMA膠完全溶解，得到轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基片表面的石 墨烯薄膜。
權(quán)利要求
一種石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移方法，包括以下步驟步驟1在石墨烯薄膜表面旋涂一層有機(jī)膠體；步驟2將石墨烯薄膜表面旋涂的有機(jī)膠體層在50～100℃的溫度條件下烘干；步驟3將步驟2烘干后的石墨烯薄膜浸入腐蝕溶液中，浸入時(shí)使原基片層朝下，而有機(jī)膠體層向上；所述腐蝕溶液應(yīng)選用對(duì)原基片具有腐蝕性能的溶液；步驟4待原基片被腐蝕溶液腐蝕掉后，將懸浮在腐蝕溶液表面的石墨烯薄膜和有機(jī)膠體層的結(jié)合體轉(zhuǎn)入去離子水中清洗，以去掉殘留的腐蝕溶液；清洗時(shí)應(yīng)保證有機(jī)膠體層朝上而石墨烯薄膜朝下；步驟5將經(jīng)步驟4清洗后的石墨烯薄膜和有機(jī)膠體層的結(jié)合體均勻鋪展在目標(biāo)基片上，使石墨烯薄膜與目標(biāo)基片表面緊貼在一起，然后在60～100℃的溫度條件下烘干；步驟6采用去膠溶劑浸泡或蒸汽除去石墨烯薄膜表面的有機(jī)膠體層，得到轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基片表面的石墨烯薄膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，步驟6去除石墨烯薄膜 表面的有機(jī)膠體層時(shí)，先在需要去除的有機(jī)膠體層表面滴加與該有機(jī)膠體層相同的液態(tài)有 機(jī)膠體，待滴加的液態(tài)有機(jī)膠體潤(rùn)濕有機(jī)膠體層后，再采用去膠溶劑浸泡或蒸汽除去石墨 烯薄膜表面的有機(jī)膠體層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，步驟1使用的有機(jī)膠體 是光刻膠、電子蝕刻膠、聚酰亞胺或PDMS。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，步驟4使用的目標(biāo)基片 是金屬基片、半導(dǎo)體基片、氧化物基片或塑料基片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移方法，其特征在于，步驟6使用的去膠 溶劑為丙酮、乙醇或異丙醇。
全文摘要
一種石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及石墨烯半導(dǎo)體薄膜材料，尤其涉及將大面積無(wú)損傷石墨烯薄膜從制備基片表面轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基片表面的方法。首先將有機(jī)膠體旋涂于石墨烯的表面并將其烘干，然后采用化學(xué)腐蝕液腐蝕掉原石墨烯薄膜的基片材料，再將石墨烯薄膜與有機(jī)膠體的結(jié)合體鋪展在目標(biāo)基片上，最后溶解掉有機(jī)膠體而完成石墨烯薄膜到目標(biāo)基片上的轉(zhuǎn)移。本發(fā)明提供的石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移方法，可以方便地將大面積石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至任意目標(biāo)基片上，且不會(huì)產(chǎn)生較大的損傷。石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移面積可達(dá)數(shù)平方英寸，且工藝簡(jiǎn)單、操作方便、成本廉價(jià)，可與半導(dǎo)體工藝結(jié)合用于制備石墨烯半導(dǎo)體器件。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101764051SQ20101002809
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者劉興釗, 李言榮, 王澤高, 陳遠(yuǎn)富 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)