[发明专利]石墨烯晶片、制造石墨烯晶片的方法、释放石墨烯层的方法和制造石墨烯器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯晶片、制造石墨烯晶片的方法、从衬底释放(release)石墨烯层的方法和制造石墨烯器件的方法。 

背景技术

在2004年英国曼彻斯特大学的A.Gaim等人报道了作为石墨烯(graphene)转移技术的透明胶带(Scotch tape)法。他们成功地用机械方法将单层石墨烯从高定向热解石墨(HOPG)转移到SiO₂/Si衬底上。 

石墨烯是一种具有独特带结构的无质量狄拉克费米子(Diracfermion)材料，并且提供具有管结构的碳纳米管的几乎所有有用的电特性，包括冲猾导(ballistic conduction)，这将引起工程师关注。石墨烯是一种片状结构(这与碳纳米管(CNT)相反)的新材料，因此适用于常规LSI技术中使用的微机械加工，制造集成电路。 

在发现石墨烯之后，显然获得高质量石墨烯片的唯一方式是从HOPG释放石墨烯片。由此，难以获得具有大面积的石墨烯片，这成为了制造集成器件的工艺的障碍。 

日本专利申请公开No.2009-62247公开了一种技术，其中使SiC衬底在真空中经受高温氢蚀刻和高温热处理从而在SiC衬底上制造和转移片状外延石墨烯(即，石墨烯片)层。 

形成在SiC衬底上的外延石墨烯层具有原子级平坦的晶体表面并且被化学地紧紧地束缚，因此使用多种常规粘合剂的化学粘附技术不能将外延石墨烯层完整地从SiC衬底的整个表面释放。所以，该外延石墨烯层难以完整地转移到另一衬底上。 

发明内容

本发明用来解决上述问题。 

本发明的目的是提供石墨烯晶片、制造石墨烯晶片的方法、用来释 放石墨烯层然后将外延石墨烯层转移到另一衬底上的具有良好的可重复性的方法、和用来制造石墨烯器件的方法。 

一种方法用于从衬底释放石墨烯层。首先在第一衬底的表面上形成石墨烯层。然后在石墨烯层的表面上形成金属层。然后对金属层施加拉力以便将石墨烯层与第一衬底分开。借助分子间力将被释放的石墨烯层结合(bond)到与第一衬底分离的第二衬底的表面上或者结合到形成在第二衬底的表面上的结合层的表面上。然后通过例如蚀刻来除去金属层。 

由下文给出的详细描述，本发明的进一步的适用范围将变得明显。然而，应当理解，详细描述和具体实例尽管表示了本发明的优选实施例，但是仅被提供用于说明目的，因为在本发明的精神和范围内的多种改变和变型将由该详细描述而对于本领域技术人员变得明显。 

附图说明

由下文给出的详细描述和附图，将会更完整地理解本发明，所述附图仅是作为说明给出的，由此并没有限制本发明，在附图中： 

图1A是外延石墨烯层(实心圆圈)、外延石墨烯层(带圆点图样的圆圈)和外延石墨烯层(白圆圈)的三层结构的概念表示。 

图1B是其上形成外延石墨烯层的外延石墨烯衬底的截面图。 

图2是说明第一实施例的石墨烯晶片的截面图； 

图3A是说明用于释放第一实施例的石墨烯的过程的截面图； 

图3B是说明用于释放第一实施例的石墨烯的另一过程的截面图； 

图4A是说明用于将石墨烯层结合到第二衬底上的过程的截面图； 

图4B是说明用于将石墨烯层结合到第二衬底上的另一过程的截面图； 

图5A是说明用于除去粘附金属层的过程的截面图； 

图5B是说明用于获得石墨烯晶片的过程的截面图； 

图6是说明石墨烯晶片的制造过程的主要部分的流程图； 

图7A是说明用于将石墨烯结合到第二衬底上的过程的截面图； 

图7B是具有多层石墨烯层的石墨烯晶片的截面图； 

图8A是说明石墨烯图案的顶视图； 

图8B是说明用于释放石墨烯的过程的截面图； 

图9是说明第二实施例的石墨烯晶片的制造过程的截面图； 

图10A是第二实施例的石墨烯晶片的顶视图； 

图10B是图10A的石墨烯晶片的截面图； 

图11A示出具有形成于其上的大面积石墨烯层的石墨烯晶片； 

图11B是石墨烯晶片的截面图； 

图11C是石墨烯晶片的顶视图； 

图12A是示出源电极和漏电极的石墨烯器件的顶视图； 

图12B是沿图12A的线12B-12B的截面图； 

图12C是栅电极的截面图；以及 

图13示出第三实施例的变型。 

具体实施方式