[发明专利]一种制备石墨烯器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯光学光刻器件制备方法，特别涉及一种在石墨烯上用光学光刻的方法制作器件，通过化学处理控制石墨烯器件性能的方法。

背景技术

石墨烯是纳米科研中的一个热点，尽管在实验室中石墨烯已经被拿来制备成各种各样的电学、光学器件，但这些器件的制备方法主要基于电子束曝光的图形化技术，虽然在实验室中能得到很好的器件性能，但电子束曝光技术成本高昂，时间效率低，不适合于大规模生产。在目前的集成电路工业中，光学光刻是最普遍使用的非常成熟的图形化技术，光学光刻技术的发展一直是集成电路发展的核心推动力。如果要将石墨烯投入到工业应用中去，把光学光刻技术与石墨烯器件和电路的制备结合起来是一个关键。

一般来说，光学光刻制备出的石墨烯器件在性能上与电子束曝光制备的石墨烯器件有相当的差距，并且得到的石墨烯器件在性能上并不可控。因此，找到一种不损害石墨烯性能的光学光刻方法和控制石墨烯器件性能的处理方法，制备出不逊色于电子束曝光器件的且性能可控的石墨烯光学光刻器件，对于石墨烯的应用有着重要意义。

发明内容

本发明旨在克服现有技术中存在的困难，提供一种用光学光刻技术制备石墨烯器件，并通过化学处理控制石墨烯器件性能的方法，其得到的石墨烯器件具有不逊色于传统实验室器件的良好的性能，并且有极高的生产效率，适合大规模生产。

本发明的技术方案如下：

一种制备石墨烯器件的方法，所述石墨烯器件包括电极和石墨烯有源区，制备方法包括以下步骤：

1)在绝缘基底上生长石墨烯，或者在金属上生长石墨烯后再将石墨烯转移到绝缘基底上；

2)通过光学光刻在绝缘基底上定义器件电极的图形，然后沉积电极材料，并通过剥离的方法形成电极的形状；

3)通过光学光刻在石墨烯上定义有源区的形状，刻蚀形成石墨烯有源区的形状；

4)将步骤3)得到的器件用氯苯浸泡一段时间；

5)将器件从氯苯中取出，用除胶剂AR 300-70浸泡处理，得到所需石墨烯器件。

本发明的制备方法中，石墨烯器件的电极和有源区的图形化均由光学光刻完成。所述电极可以是两端或者多端的，石墨烯形状也可以是各种各样的，如矩形、十字形等，根据需要只需设计成不同的掩膜板。

本发明的制备方法中，作为有源区的石墨烯可以是单层的或者多层的。石墨烯有源区可以位于一绝缘基底上，也可以是悬空的。可以直接在绝缘基底上制备石墨烯，例如通过化学气相沉积将石墨烯生长在绝缘基底上面；或者通过化学气相沉积或金属偏析法在金属上生长石墨烯，然后再将石墨烯转移到绝缘基底上面，而且可以使有源区悬空。所述绝缘基底可以是覆盖有SiO₂的硅片，也可以是SiC、石英、云母、玻璃、氮化硼(BN)等绝缘材料基片。

所述电极材料通常是金属，例如Ti/Au电极。在步骤2)可以采用电子束蒸发、热蒸发或者磁控溅射方法沉积金属电极材料。

本发明采用光学光刻方法对石墨烯进行加工。首先将设计的图形制成掩模板，根据需要可以设计成一层或者多层掩模板，后一层图形可以在前一层图形的基础上通过对准标记对准进行套刻。光学光刻定义有源区形状后，可以通过氧等离子刻蚀或者其它刻蚀方法形成所需石墨烯的形状。

本发明可以使用接触式曝光或者非接触式曝光(投影式曝光)等各种光学光刻技术，可以由各种光刻机进行加工，不同的光刻机会有不同的加工精度。

本发明使用的光刻胶可以为正胶或者负胶，不同的光刻胶有不同的工艺条件和加工精度。

上述步骤4)器件浸泡于氯苯中的时间通常是10min～20h，优选为30min-1h。

上述步骤5)器件浸泡于除胶剂AR 300-70中的时间通常是0.5min～2min，优选为1min。

本发明制备的石墨烯光学光刻器件具有不逊色于电子束曝光的电学性能，在光学光刻的工艺条件下维持了石墨烯材料的优点。石墨烯是指由单层或少数几层呈正六边形排布的sp²杂化C原子构成的二维材料，其厚度非常薄，单层只有0.3纳米左右，因此很容易在工艺过程中受到影响。由于光学光刻对石墨烯沟道的影响比电子束曝光严重很多，通常光学光刻器件要比电子束曝光器件性能差很多。本发明通过两种化学试剂处理，克服了光学光刻对石墨烯器件性能的影响，所制备的器件的载流子迁移率达到相同生长条件下电子束曝光器件的水准，为大规模制备各种各样的石墨烯功能器件提供了工艺保证。而且，本发明的工艺条件简单可控，具有良好的可重复性，生产效率高，在提高器件性能的同时大大降低了器件的成本。

附图说明