[发明专利]石墨烯层的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯层的形成方法，进一步涉及以电子回旋共振装置形成石墨烯层的方法。

背景技术

早在2004年，英国曼彻斯特大学的A.K.Geim团队发表以机械剥离的方式，将高定向热裂解石墨块材上的石墨烯层，剥离转印至氧化硅基板上。上述石墨烯层的厚度只有一个原子层，是真正的单层石墨。上述实验不但推翻热力学原理，并提供快速便利的方式制备石墨烯层。然而此方法有两个主要缺点：需要人力花费长时间寻找石墨烯层的位置，且形成的石墨烯层面积不大并相连至相当厚度的石墨，而无法应用至半导体工业。

近年已有其他方式制备石墨烯层，比如热裂解磊晶成长石墨烯层于碳化硅上、氧化还原法、及化学气相沉积法等等。上述方式只能成长小面积的石墨烯层于特定材质的基板上，需要不同的溶剂、催化剂、或超高温裂解等方法将其转移至所需的基板上，不但耗时且价格昂贵。

综上所述，目前亟需新的方法成长大面积的石墨烯层于任意材质的基板上。

发明内容

本发明一实施例提供一种石墨烯层的形成方法，包括：将基板置入电子回旋共振装置的腔室后，将腔室抽真空；将碳氢源气体通入腔室中，使碳氢源气体的压力介于10^-2torr至10^-4torr之间；加热基板，使基板温度介于100℃至600℃之间；以微波及辅以电子回旋共振机制激发碳氢源气体，以沉积石墨烯层于基板上。

附图说明

图1A及图1B是本发明一实施例中，具有凸起结构的基板上沉积石墨烯层的示意图。

图2A及图2B是本发明一实施例中，具有凹陷结构的基板上沉积石墨烯层的示意图。

符号说明

10~基板

11A~凸起结构

11B~凹陷结构

13、13A、13B~石墨烯层

具体实施方式

本发明调整电子回旋共振装置的参数，以形成大面积的石墨烯层于任意材质的基板上。首先，将基板置入电子回旋共振装置的腔室，适用的电子回旋共振装置例如参考Nakayama所提出的“ECR(electron cyclotron resonance)plasma for thin film technology,Pure & Appl.Chem,Vol.62,No.9,p.1751-1756,1990”、Kawai等人所提出的“Production of Large Diameter ECR Plasma,J.PHYS IV FRANCE7,Colloque C4,p.235-246,1997”，或Fan等人所提出的“Multi-functional ECR plasma sputtering system for preparing amorphous carbon and Al-O–Si films,Surface & Coating Technology,Vol.206,p.1963-1970,2011”，但不限于此。适用于本发明的基材可为任意材质，比如金属如铝、铜；化合物如碳化硅；非金属如玻璃或塑胶，端视需要而定。此外，基板可具有平滑表面，亦可具有凸起结构或凹陷结构。在本发明一实施例中，基板表面可具有其他薄膜，以利石墨烯层的形成，如介电层、半导体层、或金属层，在一实施例中，该基板表面具有碳化硅薄膜。

在本发明一实施例中，电子回旋共振装置为本发明的申请人早先申请的单一微波源的电子回旋共振装置(台湾专利发明申请号99121856，在此并入全文内容以作参考)，或本发明的申请人早先申请的多微波源电子回旋共振装置(台湾专利发明申请号100101138，在此并入全文内容以作参考)。微波源的数目越多，基板与沉积其上的石墨烯层面积越大。举例来说，单一微波源的电子回旋共振装置只能沉积1cm×1cm至30cm×30cm的石墨烯层于基板上，而多重微波源的电子回旋共振装置可沉积1cm×1cm至300cm×300cm的石墨烯层于基板上。电子回旋共振装置需具有可调式的电磁铁或固定强度的永久磁铁，以形成电子回旋共振现象所需的875高斯的磁场。

将基板置入电子回旋共振装置的腔室后，将腔室抽真空。在本发明一实施例中，此步骤让腔室压力介于10^-6torr至10^-8torr之间。若腔室压力过高，则残存气体分子过多将影响未来镀膜品质。若腔室压力过低，则抽真空耗时过久，不具经济效益。