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一種轉(zhuǎn)移cvd石墨烯制備石墨烯器件的方法

文檔序號:7046652閱讀:132來源:國知局
一種轉(zhuǎn)移cvd石墨烯制備石墨烯器件的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于碳基集成電路制造【技術(shù)領域】,具體涉及一種轉(zhuǎn)移CVD石墨烯制備石墨烯器件的方法。在一塊襯底上(如二氧化硅襯底),利用一塊設計好形狀的掩模板,采用物理氣相沉積的方法在襯底上淀積一層薄銅,之后再在襯底上淀積制備器件所需的金屬電極金;利用低壓化學氣相沉積的方法在電極之間生長石墨烯,不需旋涂PMMA,直接刻蝕銅,去除完銅后進行清洗,即可制備得石墨烯器件。本發(fā)明方法簡單方便可靠,不需旋涂PMMA,減少對石墨烯的玷污和損傷,改善石墨烯器件電極接觸電阻。該方法是轉(zhuǎn)移的CVD石墨烯制備石墨烯器件的一種基本方法。
【專利說明】—種轉(zhuǎn)移CVD石墨烯制備石墨烯器件的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于碳基集成電路制造【技術(shù)領域】,具體涉及一種制備石墨烯器件的方法?!颈尘凹夹g(shù)】
[0002]石墨烯作為未來可能替代硅成為下一代半導體行業(yè)基礎材料,其有著不一樣的優(yōu)良的性能。石墨烯(Graphene )是由單層六角元胞碳原子組成的蜂窩狀二維晶體,是石墨中的一層,圖1所示為石墨烯的基本結(jié)構(gòu)示意圖。石墨烯具有遠比硅高的載流子遷移率,石墨烯具有室溫下高速的電子遷移率200 000 cm2 / V.S、量子霍爾效應、高的理論比表面積2600 m2/g、還具有高熱導率3000 ff/m.K和出色的力學性能(高模量1060GPa,高強度130GPa),被認為在單分子探測器、集成電路、場效應晶體管等量子器件、功能性復合材料、儲能材料、催化劑載體等方面有廣泛的應用前景。
[0003]對于石墨烯的制備,一般都用到低壓化學氣相沉積的方法,因為這種方法可以制備大面積連續(xù)的石墨烯,比起撕石墨烯的方法簡單快速便捷。然而在銅上生長石墨烯很難直接制備石墨烯器件。如需制備石墨烯器件,需要將石墨烯轉(zhuǎn)移到絕緣襯底上,如二氧化硅襯底。在轉(zhuǎn)移的過程中,需要用到PMMA旋涂到石墨烯上,再腐蝕掉銅,再轉(zhuǎn)移到絕緣襯底,之后需要將樣品放入到丙酮中去除PMMA,然而PMMA很難完全去除掉,有一些PMMA會一直粘附在石墨烯上。本發(fā)明的目的就是避免CVD石墨烯轉(zhuǎn)移的過程中用到PMMA,減少PMMA對石墨烯器件的影響。
[0004]本發(fā)明可以先直接在絕緣襯底上淀積好一層薄膜銅,作為之后生長石墨烯所需的催化劑。接著淀積石墨烯器件的電極金(Au),然后再生長石墨烯,石墨烯會覆蓋在電極金和銅膜上,石墨烯會與電極金充分接觸,減少器件的接觸電阻,形成連續(xù)的石墨烯。然后用過硫酸銨溶液去除掉銅后,對樣品清洗烘干,這樣就轉(zhuǎn)移好石墨烯,形成石墨烯器件。通過這種方法可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)移CVD石墨烯到絕緣襯底上,改善器件電極接觸電阻,避免用到PMMA^iJ備性能優(yōu)良的石墨烯器件。這是一種有效和新穎的方法,將進一步推動碳基集成電路的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種在轉(zhuǎn)移CVD石墨烯的過程中不需要用到PMMA的,制備性能優(yōu)良的石墨烯器件的方法。
[0006]本發(fā)明提出的轉(zhuǎn)移CVD石墨烯制備石墨烯器件的方法,具體步驟包括:
(1)提供二氧化硅襯底;
(2)利用掩膜板,采用物理氣相沉積方法在襯底上淀積銅薄膜和器件所需的電極金;
(3)利用低壓化學氣相沉積方法在上述器件電極之間生長石墨烯;
(4)用過硫酸銨溶液去除掉銅,對樣品清洗烘干,形成器件。
[0007] 進一步地,所述的提供二氧化硅襯底樣品應十分平整和光滑,表面經(jīng)過拋光處理。之后要對樣品進行清洗,去除樣品表面的雜質(zhì),顆粒,殘留試劑等,使襯底十分干凈,平整光滑,沒有玷污。接著在襯底上淀積銅薄膜,作為生長石墨烯所需的催化劑。淀積器件的電極金Au,然后再生長石墨烯。之后用過硫酸銨溶液去除掉銅后,對樣品清洗烘干,這樣生長的石墨烯就覆蓋在襯底和電極上,就完成了 CVD石墨烯的轉(zhuǎn)移,完全不需要用到旋涂PMMA,最后形成石墨烯器件。
[0008]本發(fā)明是避免用到了 PMMA,從而避免了 PMMA對石墨烯的玷污,因為覆蓋在石墨烯上的PMMA很難完全去除掉。再襯底上淀積好電極之后再生長石墨烯的過程中,減少了工藝步驟,減少對石墨烯的損傷。而且可以在銅上和金上生長石墨烯,生成的石墨烯連續(xù)。在金魚銅接觸面和金上表面都會生長石墨烯,這樣石墨烯與電極金充分接觸,極大地減少石墨烯器件的接觸電阻,使得石墨烯器件更加優(yōu)良。通過這種新型轉(zhuǎn)移CVD石墨烯的方法制備石墨烯器件,方法簡單方便可靠,減少對石墨烯損傷,極大改善電極接觸電阻,改善石墨烯器件性能。該方法可以作為新型轉(zhuǎn)移CVD石墨烯,制備石墨烯器件的一種基本方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為石墨稀基本結(jié)構(gòu)不意圖。
[0010]圖2至圖5為本發(fā)明提供一種新的轉(zhuǎn)移CVD石墨烯制備石墨烯器件過程示意圖。
[0011]圖6為本發(fā)明操作流程圖。
【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明提出一種新的轉(zhuǎn)移CVD石墨烯制備石墨烯器件的方法。這種新型的轉(zhuǎn)移CVD石墨烯制備石墨烯器件的方法,工藝步驟簡單,方便可靠,其中不需引入旋涂PMMA來玷污損傷石墨烯,制備器件電極接觸電阻小,制備石墨烯器件性能優(yōu)良。以下所述的是采用本發(fā)明所提出新的轉(zhuǎn)移CVD石墨烯制備石墨烯器件的實施例。
[0013]在圖中,為了方便說明,結(jié)構(gòu)大小和比例并不代表實際尺寸。
[0014]首先,對一塊300nm厚度的二氧化硅(Si02) 101襯底樣品進行清潔處理,使其表面干凈光滑平整,沒有雜質(zhì),顆粒,殘留試劑等,沒有玷污。其中二氧化硅襯樣品如圖2中的101所示。
[0015]接著,利用掩膜板,采用物理氣相沉積方法在二氧化硅101襯底上淀積上200nm厚度的銅薄膜。具體步驟為。當反應腔中真空度達到5.3X 10-3 mbar,開始在淀積銅,其中樣品旋轉(zhuǎn)為40轉(zhuǎn)每分鐘,淀積5分鐘。當?shù)矸e結(jié)束后,關閉物理氣相沉積儀器,取出樣品,在二氧化硅襯底形成石墨烯成核位點102,如圖3所示。
[0016]接著,同上步一樣,利用掩膜板,采用物理氣相沉積在樣品淀積上器件所需的電極金,電極淀積在銅薄膜邊上,形成石墨烯器件電極103,如圖4所示。
[0017]接著,將樣品放入低壓化學氣相沉積的反應爐中,開啟反應爐。通入氬氣,清除掉反應爐中的空氣,然后通入氫氣IOsccm和500sccm氬氣,加熱反應爐,待溫度上升到1000度,關閉IS氣,打開甲燒5sccm,氫氣8sccm反應5分鐘。快速冷卻,最后待樣品冷卻至常溫,取出樣品。生長石墨烯104,如圖5所示。
[0018]最后,去除銅。將生長完石墨烯的樣品放入過硫酸銨溶液,腐蝕掉電極中間的銅,待銅消失了,用去離子水清洗。之后將樣品放入烘烤箱中烘烤,這樣一個背柵石墨烯器件就形成了。[0019]如上所述,在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下,還可以構(gòu)成許多有很大差別的實施例。本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種轉(zhuǎn)移CVD石墨烯制備石墨烯器件的方法,其特征在于具體步驟為: (1)提供二氧化硅襯底; (2)利用掩膜板,采用物理氣相沉積方法在襯底上淀積銅薄膜和器件所需的電極金; (3)利用低壓化學氣相沉積方法在上述器件電極之間生長石墨烯; (4)用過硫酸銨溶液去除掉銅,對樣品清洗烘干,形成器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法,其特征在于所述的二氧化硅襯底表面先要經(jīng)過拋光處理,并進行清洗,去除表面的雜質(zhì)、顆粒、殘留試劑,使襯底表面干凈,平整光滑,沒有玷污。
【文檔編號】H01L21/02GK103915319SQ201410157128
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月19日
【發(fā)明者】周鵬, 楊松波, 沈于蘭 申請人:復旦大學
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