[发明专利]石墨烯纳米窄带的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯纳米窄带的制备方法，尤其涉及一种定向排列的石墨烯纳米窄带的制备方法。

背景技术

石墨烯具有稳定的二维晶格结构和优异的电学性能，近年来迅速成为碳材料家族中的“明星分子”。由于具备和传统硅半导体工艺的兼容性且不存在碳纳米管所面临的选择性生长等问题，石墨烯在微纳电子器件领域展现出广阔的应用前景，有望成为构筑下一代电子器件的核心材料。

石墨烯片层的形状决定了其能带结构，能带结构又决定其电学性质，电学性质又进而决定其应用潜力。目前，基于石墨烯的电子器件实用化所面临的一大挑战是将其图形化为具备不同电学性质的微纳结构，为下一步的电路集成奠定基础。在这种情况下，发展一种可以有效制备石墨烯纳米窄带的方法至关重要。

目前，制备石墨烯纳米窄带的方法主要包括：1)利用激光烧蚀或强氧化剂刻蚀的方法纵向剖开碳纳米管壁，以得到单层或多层石墨烯纳米窄带。该方法的效率较低，可控性较差，获得的石墨烯纳米窄带不平整。2)采用传统的光刻和氧刻蚀方法切割石墨烯。该方法对基底的要求高，并且涉及了各种溶剂的使用，不利于表面器件的制备及集成，另外，纳米级掩膜的制备也较为困难，成本较高。3)采用催化粒子原位反应切割石墨烯。该方法效率较低，并且涉及了溶液及高温反应，且制备过程具备不可控性。4)利用扫描隧道显微镜(STM)针尖电流切割石墨烯。该方法效率低，由于是在高纯石墨上实现切割，因而与现行的半导体工艺不兼容。5)利用图形化的二氧化钛薄膜的光催化反应氧化分解石墨烯片层，得到特定图案的石墨烯条带。该方法制备纳米级别的图形化二氧化钛薄膜较为困难，需要另外的掩膜，因此整个制备过程较为复杂，且所需光催化反应的时间较长。6)利用图形化排布的催化剂颗粒，利用化学气相沉积法直接生长石墨烯条带。该方法中对催化剂颗粒进行图形化排布较为困难，不易控制其尺寸和形状，因此获得的石墨烯条带的尺寸也较难控制。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种石墨烯纳米窄带的制备方法，该方法可调整与控制石墨烯纳米窄带的尺寸，且方法简单，易于操作，效率较高。

一种石墨烯纳米窄带的制备方法，包括以下步骤：提供一基底，设置一石墨烯膜于该基底的上表面，间隔设置两个相互平行的条形电极于该石墨烯膜远离基底的表面，且与该石墨烯膜电绝缘；提供一碳纳米管拉膜复合结构，覆盖于该石墨烯膜远离基底的表面，该碳纳米管拉膜复合结构与所述两个条形电极电接触，该碳纳米管拉膜复合结构由一碳纳米管拉膜结构与一高分子材料复合而成，该碳纳米管拉膜结构包括多个定向排列的碳纳米管束以及分布于所述碳纳米管束之间的带状间隙；利用电子束轰击的方法去除所述多个碳纳米管束周围的高分子材料，从而露出该多个碳纳米管束；利用反应离子刻蚀该多个碳纳米管束及位于该多个碳纳米管束下方的部分石墨烯膜，获得多个定向排列的石墨烯纳米窄带以及利用超声处理的方法，将残余的高分子材料与获得的石墨烯纳米窄带分离。

一种高分子掩膜的制备方法，包括以下步骤：提供一碳纳米管拉膜结构以及一高分子材料，该碳纳米管拉膜结构包括多个定向排列的碳纳米管束以及分布于所述碳纳米管束之间的带状间隙；将所述碳纳米管拉膜结构与所述高分子材料复合，形成一碳纳米管拉膜复合结构；利用电子束轰击的方法去除所述多个碳纳米管束周围的高分子材料，从而露出该多个碳纳米管束；利用反应离子刻蚀掉该多个碳纳米管束，形成一高分子掩膜。

与现有技术相比，本发明提供的石墨烯纳米窄带的制备方法，利用电子束轰击后的碳纳米管拉膜复合结构作为掩膜，由于该碳纳米管拉膜复合结构中的碳纳米管拉膜结构包括多个定向排列的带状间隙和碳纳米管束，且该定向排列的带状间隙和碳纳米管束的宽度均可以通过调整该碳纳米管拉膜结构中碳纳米管拉膜的层数以及通过有机溶剂处理该碳纳米管拉膜或者利用激光扫描该碳纳米管拉膜等方法来调整，因此，本发明的制备方法获得的石墨烯纳米窄带尺寸易于控制，从而克服了普通的光刻胶掩膜在成型后不能随意改变其图案和尺寸的缺陷。并且，利用本发明的制备方法获得石墨烯纳米窄带具有定向排列的特点，可直接应用于一些半导体器件和传感器中。另外，利用电子束轰击后的碳纳米管拉膜复合结构作为掩膜，相比于其它纳米级掩膜的制备来说，碳纳米管拉膜复合结构的制备更为简便，且更适合于连续化、规模化生产。因此，利用本发明方法制备石墨烯纳米窄带，具有工艺简单、效率高、可规模化生产的优点。

附图说明

图1为本发明实施例的石墨烯纳米窄带的制备方法的流程图。

图2为本发明实施例的石墨烯纳米窄带的制备方法的工艺流程示意图。