[发明专利]一种干法转移金属衬底上石墨烯的方法

说明书

本发明提供一种干法转移金属衬底上石墨烯的方法，包括：1）将长有石墨烯的金属衬底置于目标衬底上，并将所述石墨烯面朝目标衬底；2）将放置好的长有石墨烯的金属衬底和目标衬底放入反应器中，在保护气氛下，升温至金属衬底熔化温度或以上，使所述金属衬底熔化收缩成金属小球，所述石墨烯附着于目标衬底上，保温预设时间后在保护气氛下降至室温，以将所述石墨烯转移至目标衬底上。本发明的方法重复性高、简单易行，用于微电子和光电子领域用高质量石墨烯的规模批量转移；本发明转移过程属于物理过程且无需其他液态或者固态试剂辅助，转移过程不会引入其他杂质，可有效避免非故意掺杂，降低了转移过程对石墨烯电学性能的影响。

技术领域

本发明属于石墨烯薄膜制备技术领域，特别是涉及一种干法转移金属衬底上石墨烯的方法。

背景技术

自2004年两位在俄罗斯出生的科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov发表第一篇有关石墨烯的论文后，石墨烯在科学界激起了巨大的波澜，它的出现有望在现代电子科技领域引发新一轮革命。石墨烯具备很多优越的性能，例如高透光率、高电子迁移率、高电流密度、高机械强度、易于修饰等等。正因为这些特性，它被公认为制造透明导电薄膜、高频晶体管、储氢电池，乃至集成电路的理想材料，具有广阔的市场应用前景。

目前为止，在诸多石墨烯的制备方法中，CVD法在金属衬底上可获得高质量、大面积的石墨烯，该方法制备的石墨烯最适于微电子以及光电子领域的应用。由于金属衬底的导电性，金属衬底上的石墨烯往往需要转移到其他目标衬底上才能使用。目前，将金属衬底腐蚀掉的湿法转移是金属衬底上CVD石墨烯最普遍的转移方法，最近，研究人员又开发出了鼓泡法转移石墨烯，这种方法不用腐蚀金属衬底，可有效降低石墨烯成本。然而，不管是传统的湿法转移还是鼓泡法转移，石墨烯都会浸泡在溶液当中，造成石墨烯的非故意掺杂。

本发明提及的干法转移，整个过程可避免石墨烯与其他溶液或者固态物质接触，避免非故意掺杂。而且，该方法操作简单，重复性好，适于微电子和光电子应用所需高质量石墨烯的制备。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种干法转移金属衬底上石墨烯的方法，用于解决现有技术中石墨烯转移容易造成非故意掺杂的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种干法转移金属衬底上石墨烯的方法，包括步骤：步骤1)，将长有石墨烯的金属衬底置于目标衬底上，并将所述石墨烯面朝目标衬底，其中，所述金属衬底熔化后与石墨烯不浸润；步骤2)，将放置好的长有石墨烯的金属衬底和目标衬底放入反应器中，在保护气氛下，升温至金属衬底熔化温度或以上，使所述金属衬底熔化收缩成金属小球，所述石墨烯附着于目标衬底上，保温预设时间后在保护气氛下降至室温，以将所述石墨烯转移至目标衬底上。

作为本发明的干法转移金属衬底上石墨烯的方法的一种优选方案，所述的石墨烯包括石墨烯分离晶畴及石墨烯连续膜的一种或两种的组合。

作为本发明的干法转移金属衬底上石墨烯的方法的一种优选方案，所述金属衬底的材料包括铜、镍、钴及钌的一种或两种以上的合金。

作为本发明的干法转移金属衬底上石墨烯的方法的一种优选方案，所述目标衬底的熔点高于对应的金属衬底的熔点，包括表面具有二氧化硅的硅衬底、硅衬底及蓝宝石衬底中的一种。

作为本发明的干法转移金属衬底上石墨烯的方法的一种优选方案，步骤1)中，若所述金属衬底背面也具有石墨烯，则先将背面的石墨烯用氧等离子刻蚀方法将其除去。

作为本发明的干法转移金属衬底上石墨烯的方法的一种优选方案，所述目标衬底的放置方向可以是水平到垂直的任意角度。

作为本发明的干法转移金属衬底上石墨烯的方法的一种优选方案，所述保护气氛为避免石墨烯在高温环境中发生刻蚀的一种气体或者两种以上气体的混合。