[发明专利]一种图形化石墨烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳米加工技术领域，具体涉及一种图形化石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种二维半金属纳米碳同素异形体，是由单层 sp²碳原子组成的六方点阵蜂巢状二维结构，迁移率高，力学性质高度稳定，在薄膜晶体管等光电领域的应用引起广泛的兴趣。基于石墨烯的微纳米光电器件，经常需要对石墨烯进行图形化，以获得更优异的器件性能。如石墨烯薄膜晶体管，由于石墨烯的导带与价带之间没有能隙，做成晶体管器件时，很难实现开关特性。为了让石墨烯薄膜晶体管在栅极电流为零的情况下切断源漏电流，研究者们常用的方法是把石墨烯裁剪成宽度很小、边缘光滑的石墨烯纳米线结构，使电子在横向上受限，形成一个典型的准一维系统，利用量子限域效应和边缘效应引入能隙，并通过调节石墨烯纳米线带宽，实现对带隙宽度的调节。

目前常采用的石墨烯图形化方法有（1）先利用化学反应气相沉积（CVD），以CH₄等气态物质为碳源生长均匀连续的石墨烯，再通过光刻、等离子体刻蚀的方法刻蚀除掉部分石墨烯，形成图形化石墨烯。这种方法图形化程度高，但是需要采用光刻等技术制备掩膜版，工艺中的光刻胶和显影剂容易对石墨烯造成污染，等离子体刻蚀过程也容易对石墨烯造成损伤。（2）纳米压印法，即利用模板在需要石墨烯的地方印上石墨烯。这种方法操作简单，但难以形成连续的高质量的石墨烯图形，且模板制作过程复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图形化石墨烯的制备方法，该方法直接生长图形化石墨烯，不会对石墨烯造成污染和损伤，且制备工艺简单，图形化精度高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种图形化石墨烯的制备方法包括以下步骤：

S1、在设置有催化剂的基底上均匀涂覆一层固态碳源物质；

S2、对固态碳源物质进行图形化；

S3、图形化的固态碳源物质经高温反应形成图形化的石墨烯。

所述的步骤S1中，催化剂为过渡金属，包括铜、镍、铁；可以是铜、镍、铁片状基底，或在耐高温基底上沉积有铜、镍、铁薄膜，耐高温基底包括硅片、石英玻璃片、氮化硅片、碳化硅片、陶瓷片。

所述的步骤S1中，固态碳源物质为含碳元素的有机聚合物，包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯醇（PVA）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），采用旋涂、喷涂或印刷的方法在基底上均匀涂覆一层，厚度在几十纳米到几百纳米之间。

所述的步骤S2中，固态碳源物质进行图形化的方法包括紫外光刻、电子束光刻、纳米压印和干法刻蚀，制备的图案尺寸在几纳米至几毫米之间。

所述步骤S3中，反应温度为700℃~1100℃，反应时间在几分钟到几十分钟。

所述的方法用于直接在耐高温基片上制备光电子器件，或通过转移的方法将图形化石墨烯转移到其它基底上制备光电子器件。

本发明的显著优点在于：本发明可以直接生长图形化石墨烯，不会对石墨烯造成污染和损伤，且制备工艺简单，图形化精度高。

附图说明

图1为本发明实施例中在Cu基片上涂覆PMMA截面示意图。

图2为本发明实施例中利用热压印形成PMMA图形的截面示意图。

图3为本发明实施例中采用反应离子刻蚀除掉残余PMMA，形成在Cu基片PMMA图形的截面示意图。

图4为本发明实施例中采用反应离子刻蚀除掉残余PMMA，形成在Cu基片PMMA图形的俯视示意图。

图5本发明实施例中采用采用高温反应将Cu基片PMMA图形转化成的石墨烯图形截面示意图。

图6本发明实施例中采用采用高温反应将Cu基片PMMA图形转化成的石墨烯图形俯视示意图。

附图中，主要元件标记说明如下：

01：Cu基片；02：PMMA薄膜；03：PDMS模板；04：PMMA图形；05：反应离子刻蚀后的PMMA图形；06：石墨烯图形。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种液晶透镜阵列及其制备方法，其特征在于，所述液晶透镜阵列包括：

S1、在设置有催化剂的基底上均匀涂覆一层固态碳源物质；

S2、对固态碳源物质进行图形化；

S3、图形化固态碳源物质经高温反应形成图形化的石墨烯。