[发明专利]基于石墨烯的氮化镓外延层剥离方法

权利要求书

1.一种基于石墨烯的氮化镓外延层剥离方法，其特征在于：

(1)在抛光好的铜箔上生长石墨烯：

(1a)将抛光好的铜箔折叠成大小适中的荷包，放入石英舟中，并推至石英管中心恒温区，打开真空泵抽真空至0.6-2Pa；

(1b)给石英管中通入20-25sccm的H₂，同时给石英管加热升温，当其温度达到700℃时，再给石英管中同时通入20-25sccm H₂和700-720sccm的Ar，继续加热，直至石英管温度达到1045-1050℃；

(1c)温度保持不变，关闭所有进气阀门，使真空泵将石英管内的气压抽至0.6-2Pa；

(1d)温度保持不变，给石英管通入2sccm的O₂，维持2min；

(1e)温度保持不变，关闭所有进气阀门，使真空泵将石英管内抽至1Pa；

(1f)温度保持不变，同时通入100sccm的H₂和700sccm的Ar，维持60min；

(1g)温度保持不变，关断Ar阀门，再同时通入0.1-1sccm的CH₄及400-600sccm的H₂，维持60min；

(1h)保持H₂和CH₄流量不变，将石英管快速降温至室温，取出生长在铜箔上的石墨烯，其厚度为0.34nm；

(2)将生长在铜箔上的石墨烯转移到蓝宝石衬底上：

(2a)在生长有石墨烯的Cu箔表面手动涂一层聚甲基丙烯酸甲酯PMMA薄膜，并使用匀胶机将PMMA旋涂均匀，得到旋涂好PMMA的铜箔；

(2b)将旋涂好PMMA的铜箔放在加热台上，设置加热台温度为50-70℃，烘干20min，以使PMMA薄膜固化；

(2c)将固化有PMMA的铜箔剪成多个大小相同的小片置于64-68g/L的过硫酸铵溶液中，且将石墨烯的一面朝上，浸泡4-12小时，去除金属衬底，得到多片带有PMMA的单层石墨烯薄膜；

(2d)用干净的玻璃片将多片过硫酸铵溶液中的PMMA/石墨烯转移至去离子水中，浸泡30min后，用蓝宝石衬底捞出其中一小片PMMA/单层石墨烯，得到覆盖PMMA/单层石墨烯的蓝宝石衬底；

(2e)在玻璃容器中加入100-200ml的丙酮溶液，将PMMA/单层石墨烯/衬底完全淹没，浸泡12-24小时来溶解并充分去除PMMA，得到去除了PMMA的单层石墨烯/衬底；

(2f)将去除了PMMA的单层石墨烯/衬底从丙酮溶液转移至乙醇溶液中静置30min，随后将单层石墨烯/衬底捞出，自然晾干，完成单层石墨烯的转移；

(2g)使用转移了单层石墨烯的蓝宝石衬底再去捞第二片PMMA/单层石墨烯薄膜，得到覆盖PMMA/双层石墨烯的衬底，再重复(2e)-(2f)，完成第二层石墨烯的转移，以此类推，去捞第三片到最后一片PMMA/石墨烯薄膜，完成第三层到最后一层石墨烯薄膜的转移；

(3)金属有机物化学气相淀积MOCVD生长氮化镓外延层：

(3a)将转移了石墨烯的衬底放入反应室中，并通入氨气，将反应室温度升高至900℃，反应室压力调为300mbar；

(3b)保持反应室压力不变，将反应室温度再升高至1100℃，并同时向反应室中通入氢气、氨气、镓源，这三种气体的流量分别为800-1000sccm、9600-10500sccm、230-260sccm，采用MOCVD的方法，在转移了石墨烯的衬底上生长1-3um的氮化镓；

(3d)将反应室温度降至室温后取出样品，得到生长在石墨烯上的氮化镓；

(4)剥离氮化镓外延层：

(4a)将热释胶带缓慢的粘附在氮化镓外延层上表面，均匀用力将粘有氮化镓外延层的胶带完整的从原衬底剥离；

(4b)使热释胶带粘有氮化镓的一面紧紧的贴附目标衬底上，将加热台升温至120℃，然后将目标衬底整体放置在加热台上，加热5分钟后，热释胶带发泡后失去黏性，胶带会自动脱离氮化镓表面；

(4c)用镊子将脱离后的胶带取下，氮化镓外延层留在目标衬底上，实现氮化镓外延层的剥离转移。

2.根据权利要求1所述的方法，其中(2a)中用匀胶机将PMMA旋涂均匀，是通过调整匀胶机的转速实现，即先将匀胶机的转速设为1000转/s的低速旋转30s，再提升转速至3000转/s旋转60s。