石墨烯晶片、制造石墨烯晶片的方法、释放石墨烯层的方法和制造石墨烯器件的方法技术

石墨烯晶片、制造石墨烯晶片的方法、释放石墨烯层的方法和制造石墨烯器件的方法。用于从衬底释放石墨烯层的方法，首先在第一衬底的表面上形成石墨烯层，然后在石墨烯层的表面上形成金属层，然后对金属层施加拉力以便将石墨烯层与第一衬底分开，借助分子间力将被释放的石墨烯层结合到与第一衬底分离的第二衬底的表面上或者结合到形成在第二衬底的表面上的结合层的表面上，然后通过例如蚀刻来除去金属层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石墨烯晶片、制造石墨烯晶片的方法、从衬底释放(release)石墨烯 层的方法和制造石墨烯器件的方法。
技术介绍
在2004年英国曼彻斯特大学的A. Gaim等人报道了作为石墨烯(graphene)转移 技术的透明胶带(Scotch tape)法。他们成功地用机械方法将单层石墨烯从高定向热解石 墨(H0PG)转移到Si02/Si衬底上。石墨烯是一种具有独特带结构的无质量狄拉克费米子(Diracfermion)材料， 并且提供具有管结构的碳纳米管的几乎所有有用的电特性，包括冲猾导(ballistic conduction)，这将引起工程师关注。石墨烯是一种片状结构(这与碳纳米管(CNT)相反) 的新材料，因此适用于常规LSI技术中使用的微机械加工，制造集成电路。在发现石墨烯之后，显然获得高质量石墨烯片的唯一方式是从H0PG释放石墨烯 片。由此，难以获得具有大面积的石墨烯片，这成为了制造集成器件的工艺的障碍。日本专利申请公开No. 2009-62247公开了一种技术，其中使SiC衬底在真空中经 受高温氢蚀刻和高温热处理从而在SiC衬底上制造和转移片状外延石墨烯(即，石墨烯片) 层。形成在SiC衬底上的外延石墨烯层具有原子级平坦的晶体表面并且被化学地紧 紧地束缚，因此使用多种常规粘合剂的化学粘附技术不能将外延石墨烯层完整地从SiC衬 底的整个表面释放。所以，该外延石墨烯层难以完整地转移到另一衬底上。
技术实现思路
本专利技术用来解决上述问题。本专利技术的目的是提供石墨烯晶片、制造石墨烯晶片的方法、用来释放石墨烯层然 后将外延石墨烯层转移到另一衬底上的具有良好的可重复性的方法、和用来制造石墨烯器 件的方法。一种方法用于从衬底释放石墨烯层。首先在第一衬底的表面上形成石墨烯层。然 后在石墨烯层的表面上形成金属层。然后对金属层施加拉力以便将石墨烯层与第一衬底分 开。借助分子间力将被释放的石墨烯层结合(bond)到与第一衬底分离的第二衬底的表面 上或者结合到形成在第二衬底的表面上的结合层的表面上。然后通过例如蚀刻来除去金属层。由下文给出的详细描述，本专利技术的进一步的适用范围将变得明显。然而，应当理 解，详细描述和具体实例尽管表示了本专利技术的优选实施例，但是仅被提供用于说明目的，因 为在本专利技术的精神和范围内的多种改变和变型将由该详细描述而对于本领域技术人员变 得明显。附图说明由下文给出的详细描述和附图，将会更完整地理解本专利技术，所述附图仅是作为说 明给出的，由此并没有限制本专利技术，在附图中图1A是外延石墨烯层(实心圆圈)、外延石墨烯层(带圆点图样的圆圈)和外延 石墨烯层(白圆圈)的三层结构的概念表示。图1B是其上形成外延石墨烯层的外延石墨烯衬底的截面图。图2是说明第一实施例的石墨烯晶片的截面图3A是说明用于释放第一实施例的石墨烯的过程的截面图3B是说明用于释放第一实施例的石墨烯的另一过程的截面图4A是说明用于将石墨烯层结合到第二衬底上的过程的截面图4B是说明用于将石墨烯层结合到第二衬底上的另一过程的截面图图5A是说明用于除去粘附金属层的过程的截面图5B是说明用于获得石墨烯晶片的过程的截面图6是说明石墨烯晶片的制造过程的主要部分的流程图7A是说明用于将石墨烯结合到第二衬底上的过程的截面图7B是具有多层石墨烯层的石墨烯晶片的截面图8A是说明石墨烯图案的顶视图8B是说明用于释放石墨烯的过程的截面图9是说明第二实施例的石墨烯晶片的制造过程的截面图10A是第二实施例的石墨烯晶片的顶视图10B是图10A的石墨烯晶片的截面图11A示出具有形成于其上的大面积石墨烯层的石墨烯晶片；图11B是石墨烯晶片的截面图11C是石墨烯晶片的顶视图12A是示出源电极和漏电极的石墨烯器件的顶视图12B是沿图12A的线12B-12B的截面图12C是栅电极的截面图；以及图13示出第三实施例的变型。具体实施例方式将参考图1-13来描述本专利技术的各实施例。图1-13旨在清楚地说明本专利技术的特征， 并且尺度关系可能被稍微放大。各图共有的元素被给予相同的附图标记。第一实施例将参考图1A、1B、2、3A、3B、4A、4B、5A、5B、6、7A、7B 来描述第一实施例。图 1A 和 1B 示出外延石墨烯衬底100。外延石墨烯衬底100包括SiC衬底101和外延石墨烯层111。将参考图1A描述外延石墨烯层111的结构。外延石墨烯层111是被紧密地组装成 二维(2D)蜂窝晶格的碳原子C(图1A中的实心圆圈、带圆点图样的圆圈和白圆圈)的平坦 单层或者是该平坦单层片的多层结构。图1A是外延石墨烯层llla(实心圆圈)、外延石墨烯层111b(带圆点图样的圆圈)和外延石墨烯层lllc(白圆圈)的三层结构的概念表示。 SiC衬底101在真空中经受高温氢蚀刻和高温热处理，从而在作为第一衬底的SiC衬底101 上制造片状外延石墨烯(石墨烯片)层。图1B是外延石墨烯衬底100的截面图，其上形成有外延石墨烯层111。外延石墨 烯层111是通过真空中高温氢蚀刻和高温热处理形成的。在SiC衬底101上依次形成外延 石墨烯层111a、外延石墨烯层111b和外延石墨烯层111c。图2到3是说明从形成在SiC衬底101上的外延石墨烯层111释放单层的外延石 墨烯层(下文称为石墨烯层)111a的方法的截面图。参考图2，本专利技术的特征之一是在石墨烯层111a的表面上依次形成粘附金属层 120、支撑体结合层122和支撑体124，该石墨烯层111a是石墨烯层111的顶层。如前所述，石墨烯层111的各层相互堆叠，每层都是原子级平坦的并且被化学地 紧紧地束缚，因此使用多种常规粘合剂的化学粘附技术的使用不能将一片石墨烯层完整 地从另一片石墨烯层释放。第一实施例采用形成在石墨烯层111a的表面上的粘附金属层 120，使得用于粘附金属层120的材料可以扩散到石墨烯层111a中。方便地，粘附金属层120是包含选自包括Ti、Ni、Al、Cu、Cr、In和Pd的组的金属 的金属层，并且可以通过真空CVD或溅射形成。粘附金属层120优选地至少覆盖应当被分开 或释放的石墨烯层111a的整个表面。这是因为仅具有大面积的石墨烯层111a将被分开。 因此，粘附金属层120需要具有足够的厚度并且至少覆盖石墨烯层的整个表面。支撑体结合层122的表面可以与粘附金属层120紧密接触。支撑体结合层122和 粘附金属层120之间的粘附力优选大于作用于石墨烯层111a和石墨烯层111b之间的分子 间力以及作用于石墨烯层111b和石墨烯层111c之间的分子间力。支撑体结合层122优选 覆盖粘附金属层120的整个表面，并且优选由粘性材料(例如环氧树脂粘合剂、氨基甲酸乙 酯树脂(urethane resin)粘合剂、苯酚树脂粘合剂、聚酰亚胺粘合剂、热固性粘合剂、UV固 化粘合剂、有机涂覆材料和焊料材料)形成。粘附金属层120的表面在其中具有隆起和沟槽，使得粘性材料填充隆起和沟槽之 间的小空间以产生(develop)锚定作用，提供极好的粘附力。支撑体结合层122根据粘性 材料通过例如刮刀式涂覆、旋涂、喷涂或滴涂(dispensing)来形成。然后，支撑体124被结合到支撑体结合层122的表面。支撑体124支撑其上的被分 开的石墨烯层111a，并且支撑体结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从衬底释放石墨烯层的方法，包括：在第一衬底的表面上形成石墨烯层；在石墨烯层的表面上形成金属层；以及在金属层上施加拉力以便将石墨烯层与第一衬底分开。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：荻原光彦，鹭森友彦，佐久田昌明，桥本明弘，田中悟，
申请(专利权)人：日本冲信息株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]