[发明专利]超纳米金刚石表面上制备单层石墨烯的方法

说明书

本发明适用于半导体技术领域，提供了一种超纳米金刚石表面上制备单层石墨烯的方法，该方法包括：将超纳米金刚石膜进行预处理，去除表面的杂质和表面应力；在经过所述预处理后的超纳米金刚石膜的形核面形成金属层，所述金属层为镍层和所述镍层上表面的铜层或所述金属层为铜镍合金层；将已生长所述金属层的超纳米金刚石膜进行高温退火处理，自组织形成单层石墨烯。本发明直接在超纳米金刚石膜上生长单层石墨烯，无需二次转移工艺，有效的避免了二次转移过程中引入杂质和晶格缺陷，并且，生长的单层石墨烯具有较小的晶格失配和表面变化。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种超纳米金刚石表面上制备单层石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯具有出众的物理、机械、化学和电学特性，在高频电子器件、光电子器件和高灵敏度传感器等领域具有重要的潜在应用。金刚石具有极高的硬度和热导率、极好的耐热冲击性、化学稳定性等优异性能，金刚石作为石墨烯基体材料相比于传统的金属、二氧化硅和碳化硅等绝缘材料具有独特优势。单层石墨烯能带结构呈现标准狄拉克锥，相比于多层石墨烯具有独特优势。在金刚石表面直接制备单层石墨烯，可以有效提升石墨烯器件的综合性能。如何实现在金刚石的表面生长单层石墨烯已成为当前亟待解决的一个问题。

目前，常用的在金刚石表面制备石墨烯的方法是通过二次转移工艺将石墨烯转移到金刚石上，但是这种方法会在二次转移过程中引入杂质和晶格缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种超纳米金刚石表面上制备单层石墨烯的方法，以解决现有技术中在金刚石表面制备石墨烯的方法会引入杂质和晶格缺陷的问题。

本发明实施例的提供了一种超纳米金刚石表面上制备单层石墨烯的方法，包括：

将超纳米金刚石膜进行预处理，去除表面的杂质和表面应力；

在经过所述预处理后的超纳米金刚石膜的形核面生长金属层，所述金属层为镍层和所述镍层上表面的铜层或所述金属层为铜镍合金层；

将已生长所述金属层的超纳米金刚石膜进行高温退火处理，自组织形成单层石墨烯。

可选的，所述方法还包括：

去除所述金属层；

将去除所述金属层后的超纳米金刚石膜放置于酒精溶液中预设时间；

取出所述超纳米金刚石膜并自然风干。

进一步的，所述去除所述金属层包括：

将高温退后处理后的超纳米金刚石膜浸于稀强酸溶液，使所述金属层与所述稀强酸溶液充分反应。

可选的，所述超纳米金刚石膜的厚度小于100微米。

可选的，所述将超纳米金刚石膜进行预处理，去除表面的杂质和表面应力包括：

将所述超纳米金刚石膜放入强酸溶液中进行第一清洗；

将经过所述第一清洗后的超纳米金刚石膜依次放置于丙酮和酒精溶液中进行超声清洗；

将经过所述超声清洗后的超纳米金刚石膜进行微波等离子体处理，充分去除所述超纳米金刚石膜的表面应力。

可选的，所述镍层的厚度为100纳米至200纳米，所述铜层的厚度为100纳米至200纳米，或所述铜镍合金层的厚度为200纳米至300纳米。

可选的，所述高温退火处理过程中热处理的最高温度为900℃至950℃，持续时间为5分钟至10分钟，降温速率为5℃/s至10℃/s；高温退火处理环境为真空环境或惰性气体环境。

可选的，通过磁控溅射法、离子束沉积法或真空蒸镀法生长所述金属层。

可选的，所述超纳米金刚石膜为双面抛光的超纳米金刚石膜。