一种绝缘体上石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术提供一种绝缘体上石墨烯的制备方法，包括：提供一锗催化衬底，将其放入生长腔室，并通入含氢气氛，以在所述锗催化衬底表面形成Ge-H键；将所述催化衬底加热至预设温度，并通入碳源，在所述锗催化衬底表面生长得到石墨烯；提供一绝缘衬底，将所述锗催化衬底形成有石墨烯的一面与所述绝缘衬底键合，得到键合片；微波处理所述键合片，以使所述Ge-H键断裂，生成氢气，使得所述石墨烯从所述锗催化衬底上剥离，转移至所述绝缘衬底表面，得到绝缘体上石墨烯。本发明专利技术无需经过湿法反应过程，减少了缺陷的引入，且石墨烯转移过程中始终有载体支撑，最大程度保留了石墨烯的完整性，有利于得到大尺寸、高质量的绝缘体上石墨烯。

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘体上石墨烯的制备方法
本专利技术属于低维材料和新材料领域，涉及一种绝缘体上石墨烯的制备方法。
技术介绍
自从2004年英国曼彻斯特大学的两位科学家使用微机械剥离的方法发现石墨烯以来，石墨烯的出现激起了巨大的波澜。石墨烯，即石墨的单原子层，是碳原子按蜂窝状排列的二维结构。石墨烯在物理、化学、力学等性能方面无与伦比的优势，尤以电学特性最为突出，有三个最具优势的特点：透明、柔韧、导电性强，甚至已经呈现出石墨烯替代硅的趋势。目前发展的常规的石墨烯制备方法有：微机械剥离、热解碳化硅(SiC)、在过渡金属及重金属上的化学气相沉积(CVD)以及化学插层氧化法。微机械剥离法可以制备高质量的石墨烯，但是目前此方法制备的石墨烯面积小于1mm×1mm，只能用于基础实验研究；SiC升华法制备的石墨烯受衬底的影响很大，层数不均一，无法进行衬底转移；CVD法是一种适于制备大面积、高质量、连续石墨烯薄膜的方法。目前CVD方法主要在过渡金属上制备石墨烯。石墨烯生长完成以后为了满足不同的应用需求需要将制备的石墨烯转移到相应的绝缘衬底上。绝缘体上石墨烯在下一代晶体管、透明导电膜、传感器等领域显示了巨大的应用潜力石墨烯的转移过程本身是一个复杂且高成本的过程，这对于大规模量产是非常不利的；同时在转移过程中缺陷及杂质引入不可避免，这大大降低了石墨烯质量，不利于绝缘体上石墨烯的应用。理想的转移技术应具有如下特点：1)确保转移后的石墨烯结构完整、无损；2)在转移过程中对石墨烯无污染；3)工艺稳定，具有重复性。因此，如何提供一种绝缘体上石墨烯的制备方法，以减少石墨烯的破损及缺陷，得到高质量的绝缘体上石墨烯，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种绝缘体上石墨烯的制备方法，用于解决现有技术中石墨烯在转移至绝缘衬底上，石墨烯会受到不同程度损坏，导致绝缘体上石墨烯质量不高的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种绝缘体上石墨烯的制备方法，包括：提供一锗催化衬底；将所述锗催化衬底放入生长腔室，往所述生长腔室内通入含氢气氛，以在所述锗催化衬底表面形成Ge-H键；将所述催化衬底加热至预设温度，并往所述生长腔室内通入碳源，在所述锗催化衬底表面生长得到石墨烯；提供一绝缘衬底，将所述锗催化衬底形成有石墨烯的一面与所述绝缘衬底键合，得到自下而上依次由绝缘衬底、石墨烯及锗催化衬底叠加而成的键合片；微波处理所述键合片，以使所述Ge-H键断裂，生成氢气，使得所述石墨烯从所述锗催化衬底上剥离，转移至所述绝缘衬底表面，得到绝缘体上石墨烯。可选地，所述绝缘衬底包括二氧化硅、氮化硅、蓝宝石、碳化硅、钛酸锶、玻璃、氧化铪、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或聚酰亚胺类树脂。可选地，所述含氢气氛为氢气与氩气的混合气。可选地，所述预设温度的范围是800～920℃。可选地，所述碳源包括甲烷、乙烯、乙炔、苯及PMMA中的至少一种。可选地，所述键合基底的材料包括Si、SiGe或III-V族材料。可选地，在非氧化性保护气氛下微波处理所述键合片。可选地，所述非氧化保护气氛包括氩气及氮气中的至少一种。可选地，微波处理所述键合片的温度范围是100～300℃。可选地，键合之前，对所述绝缘衬底的待键合面进行氮气等离子体处理。可选地，键合之前，对所述石墨烯表面进行氮气等离子体处理。可选地，通过热化学气相沉积法、低压化学气相沉积法或等离子增强化学气相沉积法在所述锗催化基底表面生长出所述石墨烯。可选地，所述石墨烯为单层石墨烯。如上所述，本专利技术的绝缘体上石墨烯的制备方法，具有以下有益效果：本专利技术通过将所述锗催化衬底形成有石墨烯的一面与所述绝缘衬底键合，得到自下而上依次由绝缘衬底、石墨烯及锗催化衬底叠加而成的键合片；并通过微波处理所述键合片，其中，微波处理具有高效加热的特点，是一种内部整体加热，具有快速、简单、均匀和高效的特点，可以使所述Ge-H键断裂，生成氢气，使得所述石墨烯从所述锗催化衬底上剥离，转移至所述绝缘衬底表面，得到绝缘体上石墨烯。本专利技术的绝缘体上石墨烯的制备方法无需经过湿法反应过程，减少了缺陷的引入，且石墨烯转移过程中始终有载体支撑，最大程度保留了石墨烯的完整性，有利于得到大尺寸的绝缘体上石墨烯。石墨烯剥离后剩余的所述锗催化衬底可重复利用，有利于节省材料，更为环保。附图说明图1显示为本专利技术的绝缘体上石墨烯的制备方法的工艺流程图。图2显示为本专利技术的绝缘体上石墨烯的制备方法在锗催化衬底表面形成Ge-H键的示意图。图3显示为本专利技术的绝缘体上石墨烯的制备方法在锗催化衬底表面生长得到石墨烯的示意图。图4显示为本专利技术的绝缘体上石墨烯的制备方法将锗催化衬底形成有石墨烯的一面与绝缘衬底键合的示意图。图5显示为本专利技术的绝缘体上石墨烯的制备方法微波处理键合片的示意图。图6显示为本专利技术的绝缘体上石墨烯的制备方法将锗催化衬底掀掉的示意图。图7显示为本专利技术的绝缘体上石墨烯的制备方法得到的绝缘体上石墨烯的示意图。元件标号说明S1～S4步骤1锗催化衬底2Ge-H键3石墨烯4绝缘衬底具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本专利技术提供一种绝缘体上石墨烯的制备方法，请参阅图1，显示为该方法的工艺流程图，包括如下步骤：S1：提供一锗催化衬底；将所述锗催化衬底放入生长腔室，往所述生长腔室内通入含氢气氛，以在所述锗催化衬底表面形成Ge-H键；S2：将所述催化衬底加热至预设温度，并往所述生长腔室内通入碳源，在所述锗催化衬底表面生长得到石墨烯；S3：提供一绝缘衬底，将所述锗催化衬底形成有石墨烯的一面与所述绝缘衬底键合，得到自下而上依次由绝缘衬底、石墨烯及锗催化衬底叠加而成的键合片；S4：微波处理所述键合片，以使所述Ge-H键断裂，生成氢气，使得所述石墨烯从所述锗催化衬底上剥离，转移至所述绝缘衬底表面，得到绝缘体上石墨烯。首先请参阅图2，执行步骤S1：提供一锗催化衬底1；将所述锗催化衬底1放入生长腔室，往所述生长腔室内通入含氢气氛，以在所述锗催化衬底1表面形成Ge-H键2。具体的，所述锗催化衬底1是指表面具有Ge材料的基底，包括但不限于体锗、绝缘体上锗、体硅上外延锗或III-V族材料上外延锗等。作为示例，所述锗催化衬底1采用锗片。在将所述锗催化衬底1放入生长腔室之前，可对所述锗催化衬底1进行常规的清洗处理。所述含氢气氛优选采用氢气与氩气的混合气，其作用主要有四方面：(1)在后续所述锗催化衬底升温至石墨烯生长温度的过程中，氢气与锗催化衬底表面的反应，形成所述Ge-H键2；(2)作为后续化学气相沉积法生长石墨烯的载气，促进石墨烯的生长，减少石墨烯缺陷；(3)在生长腔室内形成氢气饱和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝缘体上石墨烯的制备方法，其特征在于，包括：提供一锗催化衬底；将所述锗催化衬底放入生长腔室，往所述生长腔室内通入含氢气氛，以在所述锗催化衬底表面形成Ge‑H键；将所述催化衬底加热至预设温度，并往所述生长腔室内通入碳源，在所述锗催化衬底表面生长得到石墨烯；提供一绝缘衬底，将所述锗催化衬底形成有石墨烯的一面与所述绝缘衬底键合，得到自下而上依次由绝缘衬底、石墨烯及锗催化衬底叠加而成的键合片；微波处理所述键合片，以使所述Ge‑H键断裂，生成氢气，使得所述石墨烯从所述锗催化衬底上剥离，转移至所述绝缘衬底表面，得到绝缘体上石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种绝缘体上石墨烯的制备方法，其特征在于，包括：提供一锗催化衬底；将所述锗催化衬底放入生长腔室，往所述生长腔室内通入含氢气氛，以在所述锗催化衬底表面形成Ge-H键；将所述催化衬底加热至预设温度，并往所述生长腔室内通入碳源，在所述锗催化衬底表面生长得到石墨烯；提供一绝缘衬底，将所述锗催化衬底形成有石墨烯的一面与所述绝缘衬底键合，得到自下而上依次由绝缘衬底、石墨烯及锗催化衬底叠加而成的键合片；微波处理所述键合片，以使所述Ge-H键断裂，生成氢气，使得所述石墨烯从所述锗催化衬底上剥离，转移至所述绝缘衬底表面，得到绝缘体上石墨烯。2.根据权利要求1所述的绝缘体上石墨烯的制备方法，其特征在于：所述绝缘衬底包括二氧化硅、氮化硅、蓝宝石、碳化硅、钛酸锶、玻璃、氧化铪、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺类树脂。3.根据权利要求1所述的绝缘体上石墨烯的制备方法，其特征在于：所述含氢气氛为氢气与氩气的混合气。4.根据权利要求1所述的绝缘体上石墨烯的制备方法，其特征在于：所述预设温度的范围是800～920℃。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：狄增峰，戴家赟，王刚，郑晓虎，薛忠营，贾鹏飞，张苗，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31