[发明专利]一种基于蓝宝石衬底的石墨烯薄膜切割方法

说明书

本发明公开一种基于蓝宝石衬底的石墨烯薄膜切割方法，该方法在切割之前，先使用PMMA对石墨烯晶圆进行预处理，再对石墨烯晶圆使用EBL完成对石墨烯晶圆的赋型并暴露切割轨迹，然后去除PMMA涂层和切割轨迹上的石墨烯，最后按切割轨迹对石墨烯晶圆进行切割。本发明提供的方法对石墨烯晶圆进行EBL刻蚀，破坏了PMMA和石墨烯在被切割部位的粘着性，使得在切割过程中目标区域的石墨烯可保持其完整的性能，该方法可以实现对基于蓝宝石衬体的单层石墨烯高效低损的切割，可应用于大规模石墨烯器件制备过程。

技术领域

本发明涉及石墨烯薄膜切割技术领域，尤其是一种基于蓝宝石衬底的石墨烯薄膜切割方法。

背景技术

自2004年Andre Geim和Konstantin Novoselov通过机械剥离法分离出石墨烯以来，石墨烯凭借其高载流子迁移率、电可调性以及高的吸光率，被广泛运用于吸波体、调制器等光电器件的设计与制作中，在军用与民用领域发挥了巨大作用。随着对石墨烯研究的不断深入，使用化学气相沉积法(chemical vapor deposition,CVD)大规模生产石墨烯晶圆的技术已十分成熟。目前的研究中，制备光电调制器件一种可行的方法是将石墨烯转移到标准衬底上再进行制备。石墨烯转移过程存在对样品引入较多化学杂质、转移过程复杂、成功率低等问题。直接对生长石墨烯的晶圆进行切割，进而制备光电器件，无疑可以大大提高石墨烯光电器件的生产效率，减少由石墨烯转移过程带来的污染。然而，由于无法对石墨烯晶圆进行高效无损切割，在实验和生产中大规模制备石墨烯光电器件受到限制。

目前对于以蓝宝石为衬底的晶圆进行切割的方式已较为成熟，主要有三种切割方法，分别为：激光切割法，水射流切割法以及机械切割法。激光切割具有更高的切割精度，但该方法的切割结果受激光功率以及激光切割速度的影响较大，并且容易造成热损伤，对产品质量产生严重影响。高压水射流切割方法则存在速度慢、精度低以及设备昂贵等缺点。机械切割技术最早采用金刚石划裂切割，该方法由于不能得到完整切割缝，并且会产生裂纹，已经被淘汰。最新的切割方式为超薄金刚石划片切割，该方法最为成熟，具有精度高、成本低、效率高等优点，在现阶段蓝宝石衬底晶圆切割中被广泛使用，但是若直接将该方法应用于蓝宝石衬底石墨烯晶圆切割，则其在切割过程中容易损坏样品表面的石墨烯而无法进行大规模应用。

发明内容

本发明提供一种基于蓝宝石衬底的石墨烯薄膜切割方法，用于克服现有技术中容易损坏样品表面的石墨烯等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种基于蓝宝石衬底的石墨烯薄膜切割方法，包括以下步骤：

S1：利用PMMA(polymethyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)对石墨烯晶圆进行预处理，以在石墨烯晶圆上形成一层PMMA涂层；

S2：对经S1的石墨烯晶圆进行电子束曝光(Electron Beam Lithography,EBL)以在石墨烯晶圆上曝光出需要进行切割的图案，获得切割轨迹；

S3：将经S2的石墨烯晶圆进行前处理，然后去除石墨烯晶圆上的PMMA涂层；

S4：去除石墨烯晶圆切割轨迹上的石墨烯；

S5：按切割轨迹对石墨烯晶圆进行切割，获得S2曝光出的图案的石墨烯薄膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：