一種超聲波輔助石墨烯去膠的方法
2023-05-02 20:19:21
專利名稱：一種超聲波輔助石墨烯去膠的方法
技術領域：
本發明屬於半導體材料製備技術領域，尤其涉及一種超聲波輔助石墨烯去膠的方法。
背景技術：
隨著集成電路的發展，目前矽(Si)基器件的關鍵尺寸已經達到理論和技術極限，量子效應已經成為主要機制，傳統的基於擴散-漂移理論的Si基器件受到物理和技術雙重限制，無法繼續承擔延續摩爾定律的重任，因此，必須尋找新一代基礎半導體材料，發展新的理論和器件模型，以滿足集成電路繼續發展的需要。石墨烯是一種碳基二維晶體，是目前已知最輕最薄的材料，其厚度僅為原子尺度，具有極其優異的物理化學性質，比如載流子遷移率的理論估計超過200000(^2^1 s—1，是Si的數百倍；機械性能很高，楊氏模量約1000GP ;具有極高的比表面積和極好的氣敏特性，極高的透明性和柔韌性，而且它與襯底不存在失配問題，可以與Si基器件工藝完全兼容，具有突出的產業優勢。因此，石墨烯的出現為產業界和科技界帶來曙光，它是最被看好的替代Si成為下一代基礎半導體的新材料。目前製備大面積石墨烯的方法有多種，其中過渡族金屬催化化學氣相沉積(CVD)被認為是最有希望實現大面積石墨烯可控外延的技術之一。CVD基於過渡族金屬催化和金屬-碳的固溶-析出-重構機制，不受襯底面積限制，可以製備超大面積的石墨烯，但需要通過物理、化學過程將石墨烯轉移到適當的襯底上。在此轉移過程中會引入雜質缺陷，特別是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膠，難以保證石墨烯的潔淨度。這會導致石墨烯材料品質降低，以及器件性能退化。目前普遍採用的去膠方法是將石墨烯放在丙酮中進行漂洗，但這種靜態過程不能有效地去除附著在石墨烯表面的體積較大的PMMA殘膠團塊，且耗時較長，效率很低；而利用工具對石墨烯表面施加機械力進行去膠又會破壞石墨烯材料的完整性，引入新的缺陷。另外還可以對石墨烯在氫氣氣氛下進行退火處理，但高溫會導致襯底對石墨烯的摻雜，降低石墨烯的質量。超聲波清洗是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進流作用對液體和汙物直接、間接的作用，使汙物層被分散、乳化、剝離而達到清洗目的。超聲波清洗具有清潔度好、均一性高等特點，廣泛用於各種複雜、精密的零部件清洗。採用超聲波輔助清洗技術進行石墨烯去膠，可以有效地克服上述技術的不足。也即將石墨烯浸泡在丙酮中進行超聲波清洗，利用超聲波加速殘膠與石墨烯表面的分離並加速其在丙酮中的溶解。但是，為得到質量良好的石墨烯，必須嚴格控制超聲波清洗的時間、功率，主要原因在於(1)如果功率過小或者時間過短，達不到清洗效果；(2)如果功率過大或者時間過長，會在去除殘膠的同時破壞石墨烯與襯底間的分子鍵，造成石墨烯的損傷，引入新的缺陷。
發明內容
本發明提供了一種超聲波輔助石墨烯去膠的方法，旨在解決現有技術提供的石墨烯去膠的方法，去膠不徹底、易造成石墨烯損傷，難以保證石墨烯的潔淨度，石墨烯材料品質較低，較易引起器件性能的退化，同時石墨烯去膠過程耗時較長，效率很低的問題。本發明的目的在於提供一種超聲波輔助石墨烯去膠的方法，該方法包括如下步驟步驟一，將化學氣相沉積方法生長在銅箔上的石墨烯用PMMA進行甩膠、烘乾；步驟二，用FeCl3溶液腐蝕下方銅箔；步驟三，將PMMA定型的石墨烯轉移至S1-SiO2襯底上；步驟四，將石墨烯樣品放入超聲波發生器進行超聲波處理；步驟五，注入分析純的丙酮，啟動超聲波發生器進行清洗；步驟六，清洗結束後取出樣品，依次在無水乙醇中漂洗、去離子水中衝洗；步驟七，將樣品用氮氣吹乾保存。進一步，在步驟四中，將石墨烯樣品放入超聲波發生器進行超聲波處理時，調節功率至 10-300W，時間 2-10min。進一步，超聲波處理的功率為1(T300W。進一步，在步驟六中，在無水乙醇中漂洗的時間為2 20min。進一步，在步驟六中，在去離子水中衝洗的時間為2 20min。
本發明公開了一種超聲波輔助石墨烯去膠的方法，將化學氣相沉積方法生長在銅箔上的石墨烯用PMMA進行甩膠、烘乾；用FeCl3溶液腐蝕下方銅箔JfPMMA定型的石墨烯轉移至S1-SiO2襯底上；將石墨烯樣品放入超聲波發生器，調節功率10-300W，時間2-10min ;注入分析純的丙酮，啟動超聲波發生器進行清洗；清洗結束後取出樣品，在無水乙醇中漂洗2 20min，再用去離子水衝洗2 20min ;將樣品用氮氣吹乾保存；該方法有效地加速了 PMMA殘膠的溶解，改善了石墨烯表面的清潔度；避免了高溫退火引起襯底對石墨烯的慘雜；合適的超聲功率及處理時間防止了對石墨稀的破損，節約時間，提聞了石墨稀的製備效率，實用性強，具有較強的推廣與應用價值。
圖1是本發明實施例提供的超聲波輔助石墨烯去膠的方法的流程示意圖；圖2是本發明實施例提供的超聲波輔助石墨烯去膠時的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定發明。圖1示出了本發明實施例提供的超聲波輔助石墨烯去膠的方法的實現流程，本發明的目的在於提供一種超聲波輔助石墨烯去膠的方法，該方法包括如下步驟步驟一，將化學氣相沉積方法生長在銅箔上的石墨烯用PMMA進行甩膠、烘乾；步驟二，用FeCl3溶液腐蝕下方銅箔；步驟三，將PMMA定型的石墨烯轉移至S1-SiO2襯底上；步驟四，將石墨烯樣品放入超聲波發生器進行超聲波處理；
步驟五，注入分析純的丙酮，啟動超聲波發生器進行清洗；步驟六，清洗結束後取出樣品，依次在無水乙醇中漂洗、去離子水中衝洗；步驟七，將樣品用氮氣吹乾保存。圖2示出了本發明實施例提供的超聲波輔助石墨烯去膠時的結構。為了便於說明，僅不出了與本發明相關的部分。在本發明實施例中，在步驟四中，將石墨烯樣品放入超聲波發生器進行超聲波處理時，調節功率至10-300W，時間2-10min。在本發明實施例中，超聲波處理的功率為1(T300W。在本發明實施例中，在 步驟六中，在無水乙醇中漂洗的時間為2 20min。在本發明實施例中，在步驟六中，在去離子水中衝洗的時間為2 20min。下面結合附圖及具體實施例對本發明的應用原理作進一步描述。本發明的目的在於克服上述現有石墨烯去膠技術的不足，提出一種基於超聲波輔助清洗的化學氣相外延石墨烯有機殘膠去除方法，以提高石墨烯的質量。實現本發明目的技術關鍵是採用超聲波輔助清洗的方式，去除S1-SiOJi底上石墨稀表面的PMMA殘I父；通過調節超聲波的功率、時間，提聞石墨稀的質量。其實現步驟包括如下(I)將化學氣相沉積方法生長在銅箔上的石墨烯用PMMA進行甩膠、烘乾；(2)用FeCl3溶液腐蝕下方銅箔；(3)將PMMA定型的石墨烯轉移至S1-SiO2襯底上；(4)將所述石墨烯樣品放入超聲波發生器，調節功率10-300W，時間2_10min ；(5)注入分析純的丙酮，啟動超聲波發生器進行清洗；(6)清洗結束，取出樣品，在無水乙醇中漂洗2 20min，再用去離子水衝洗2 20min ；(7)將樣品用氮氣吹乾保存。為實現上述方法，需要功率可調的超聲波清洗器一臺、分析純的丙酮、分析純的無水乙醇、去離子水、FeCl3溶液和石墨烯樣品。用上述方法獲得的石墨烯，超聲波有效地加速了 PMMA殘膠與石墨烯的分離，改善了石墨稀表面的清潔度；合適的超聲功率、時間沒有導致石墨稀的破損；節約時間，提聞了石墨烯的製備效率。參照圖1，本發明給出如下三種實施例。實施例1 :(I)將化學氣相沉積方法生長在銅箔上的石墨烯用PMMA進行甩膠、烘乾；(2)用FeCl3溶液腐蝕下方銅箔；(3)將PMMA定型的石墨烯轉移至S1-SiO2襯底上；(4)將所述石墨烯樣品放入超聲波發生器，調節功率10W，時間2min ；(5)注入分析純的丙酮，啟動超聲波發生器進行清洗；(6)清洗結束，取出樣品，在無水乙醇中漂洗2min，再用去離子水衝洗2min ；(7)將樣品用氮氣吹乾保存。實施例2
(I)將化學氣相沉積方法生長在銅箔上的石墨烯用PMMA進行甩膠、烘乾；(2)用FeCl3溶液腐蝕下方銅箔；(3)將PMMA定型的石墨烯轉移至S1-SiO2襯底上；(4)將所述石墨烯樣品放入超聲波發生器，調節功率300W，時間IOmin ；(5)注入分析純的丙酮，啟動超聲波發生器進行清洗；(6)清洗結束，取出樣品，在無水乙醇中漂洗20min，再用去離子水衝洗20min ；(7)將樣品用氮氣吹乾保存。實施例3 (I)將化學氣相沉積方法生長在銅箔上的石墨烯用PMMA進行甩膠、烘乾；(2)用FeCl3溶液腐蝕下方銅箔；(3)將PMMA定型的石墨烯轉移至S1-SiO2襯底上；
(4)將所述石墨烯樣品放入超聲波發生器，調節功率60W，時間6min ；(5)注入分析純的丙酮，啟動超聲波發生器進行清洗；(6)清洗結束，取出樣品，在無水乙醇中漂洗lOmin，再用去離子水衝洗IOmin ；(7)將樣品用氮氣吹乾保存。本發明公開了一種用於清洗石墨烯的超聲波輔助去膠方法，主要解決現有技術去膠不徹底、易造成石墨烯損傷、效率低下的問題。它包括如下步驟(I)將化學氣相沉積方法生長在銅箔上的石墨烯用PMMA進行甩膠、烘乾；(2)用FeCl3溶液腐蝕下方銅箔；(3)將PMMA定型的石墨烯轉移至S1-SiO2襯底上；(4)將所述石墨烯樣品放入超聲波發生器，調節功率10-300W，時間2-10min ；(5)注入分析純的丙酮，啟動超聲波發生器進行清洗；(6)清洗結束，取出樣品，在無水乙醇中漂洗2 20min，再用去離子水衝洗2 20min ; (7)將樣品用氮氣吹乾保存。本發明有效地加速了 PMMA殘膠的溶解，改善了石墨烯表面的清潔度；避免高溫退火引起襯底對石墨稀的慘雜；合適的超聲功率、時間沒有導致石墨稀的破損；節約時間，提聞了石墨稀的製備效率。本發明具有如下優點1.本發明由於使用超聲波清洗輔助除去PMMA殘膠，有效地清除了石墨烯表面附著的難溶塊狀殘膠，提高了石墨烯表面的清潔度，改善了石墨烯的質量。2.本發明由於使用超聲波清洗輔助除去PMMA殘膠，通過控制超聲波的功率、時間，保護石墨烯不受影響，避免引入新的缺陷和摻雜。3.本發明由於使用超聲波清洗輔助除去PMMA殘膠，省去了傳統方法中用丙酮靜態浸泡24小時以上的去膠環節，提高了石墨烯的製備效率。4.本發明在常溫下進行，避免了高溫退火引起的石墨烯對襯底的摻雜效應。本發明實施例提供了一種超聲波輔助石墨烯去膠的方法，將化學氣相沉積方法生長在銅箔上的石墨烯用PMMA進行甩膠、烘乾；用FeCl3溶液腐蝕下方銅箔；將PMMA定型的石墨烯轉移至S1-SiO2襯底上；將石墨烯樣品放入超聲波發生器，調節功率10-300W，時間2-10min ;注入分析純的丙酮，啟動超聲波發生器進行清洗；清洗結束後取出樣品，在無水乙醇中漂洗2 20min，再用去離子水衝洗2 20min ;將樣品用氮氣吹乾保存；該方法有效地加速了 PMMA殘膠的溶解，改善了石墨烯表面的清潔度；避免了高溫退火引起襯底對石墨烯的慘雜；合適的超聲功率及處理時間防止了對石墨稀的破損，節約時間，提聞了石墨稀的製備效率，實用性強，具有較強的推廣與應用價值。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等·，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種超聲波輔助石墨烯去膠的方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟 步驟一，將化學氣相沉積方法生長在銅箔上的石墨烯用PMMA進行甩膠、烘乾； 步驟二，用FeCl3溶液腐蝕下方銅箔； 步驟三，將PMMA定型的石墨烯轉移至S1-SiO2襯底上； 步驟四，將石墨烯樣品放入超聲波發生器進行超聲波處理； 步驟五，注入分析純的丙酮，啟動超聲波發生器進行清洗； 步驟六，清洗結束後取出樣品，依次在無水乙醇中漂洗、去離子水中衝洗； 步驟七，將樣品用氮氣吹乾保存。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在步驟四中，將石墨烯樣品放入超聲波發生器進行超聲波處理時，調節功率至10-300W，時間2-10min。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，超聲波處理的功率為1(T300W。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在步驟六中，在無水乙醇中漂洗的時間為2 20mino
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在步驟六中，在去離子水中衝洗的時間為2 20mino
全文摘要
本發明公開了一種超聲波輔助石墨烯去膠的方法，將化學氣相沉積方法生長在銅箔上的石墨烯用PMMA進行甩膠、烘乾；用FeCl3溶液腐蝕下方銅箔；將PMMA定型的石墨烯轉移至Si-SiO2襯底上；將石墨烯樣品放入超聲波發生器進行超聲波處理；注入分析純的丙酮，啟動超聲波發生器進行清洗；清洗結束後取出樣品，在無水乙醇中漂洗2~20min，再用去離子水衝洗2~20min；將樣品用氮氣吹乾保存；該方法有效地加速了PMMA殘膠的溶解，改善了石墨烯表面的清潔度；避免了高溫退火引起襯底對石墨烯的摻雜；合適的超聲功率及處理時間防止了對石墨烯的破損，節約時間，提高了石墨烯的製備效率，具有較強的推廣與應用價值。
文檔編號H01L21/02GK103065940SQ20121059395
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者韓碭, 王東, 寧靜, 閆景東, 柴正, 張進成, 郝躍 申請人:西安電子科技大學