[发明专利]一种绝缘衬底上生长石墨烯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳米材料制备领域，特别是涉及一种绝缘衬底上生长石墨烯 的方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子紧密堆积构成的二维蜂巢状结构，因为其优异的导热、 耐磨和电子输运特性，在纳米电子器件、单分子器件、电器件以及储能应用等 诸多方面具有广泛的应用前景。

目前有多种制备石墨烯的方法，包括碳化硅外延生长法、氧化还原法、化 学气相沉积法(CVD)。其中化学气相沉积法是可控制备高质量、大面积石墨 烯薄膜的一种有效方法。但是目前采用化学气相沉积法制备石墨烯，大部分是 在金属衬底上生长，而在金属衬底上生长的石墨烯无法直接制作器件。因此有 人将生长在金属衬底上的石墨烯转移在绝缘衬底上。

然而，在绝缘衬底上生长石墨烯时，一方面，由于在转移过程中存在破坏 石墨烯完整性、引入杂质离子等问题，使其制备的器件质量不高，影响其应用 化；另一方面，为了同时满足器件的需要，在制备图形化石墨烯时，一般要采 用掩模版或光刻的方法，不仅制作工艺繁琐，而且耗时也比较长。

发明内容

本发明的目的是要提供一种绝缘衬底上生长石墨烯的方法，该方法无需掩 模版和光刻可以直接在绝缘衬底上生长高质量、图形化的石墨烯。

特别地，本发明提供了一种绝缘衬底上生长石墨烯的方法，通过在绝缘衬 底上依靠微颗粒生长出石墨烯，具体步骤包括：

步骤1、选取绝缘衬底并对所述绝缘衬底进行清洗；

步骤2、在清洗后的绝缘衬底上分散摆放微颗粒；

步骤3、把摆放微颗粒的绝缘衬底放置在热灯丝化学气相沉积系统中，生 长制备出石墨烯；

步骤4、去除生长制备出石墨烯的绝缘衬底上的微颗粒，以获得生长在所 述绝缘衬底与所述微颗粒接触处的石墨烯。

可选地，所述石墨烯的生长过程具体包括按序进行的第一阶段和第二阶段， 其中，所述第一阶段具体包括：通入预定量的氢气或氢气和甲烷气体，生长预 定时间；所述第二阶段具体包括：通入预定量的氢气、甲烷以及硼掺杂氢气气 体，生长预定时间。

可选地，所述第一阶段中通入所述氢气和所述甲烷气体，其中，所述氢气 和所述甲烷气体的体积比为100:4，生长时间为30分钟。

可选地，所述第一阶段中通入所述氢气100sccm，生长时间为20分钟。

可选地，所述第二阶段中通入的所述氢气、所述甲烷以及所述硼掺杂氢气 气体的体积比为100:4:4，生长时间为1.5小时。

可选地，所述硼掺杂氢气气体采用氢气携带有机液体硼源、氢气携带固态 硼源或注入硼离子中的一种。

可选地，所述热灯丝的温度为1300℃，通过调节所述热灯丝与所述绝缘衬 底之间的距离，使所述绝缘衬底温度保持在900℃左右，反应气压控制为4kpa。

可选地，所述热灯丝采用钽丝或钨丝。

可选地，所述步骤4具体通过聚焦离子束的探针、镊子去除所述微颗粒或 直接震动去除所述微颗粒。

可选地，所述绝缘衬底采用二氧化硅衬底、硅衬底或石英衬底中的一种， 所述微颗粒为金刚石微颗粒。

本发明的绝缘衬底上生长石墨烯的方法，通过直接在绝缘衬底上依靠微颗 粒生长石墨烯，避免了在金属衬底上生长的石墨烯在转移到绝缘衬底上的过程 中所造成的破坏石墨烯完整性的问题，并且本发明的生长石墨烯的方法不会引 入杂质离子，保证了石墨烯的高质量。本发明的生长石墨烯的方法，在分散摆 放微颗粒时根据需要将微颗粒摆放成不同的图形，使得生长出的石墨烯形成相 应的图形。因此，本发明的绝缘衬底上生长石墨烯的方法，工艺难度较低、耗 时较少、无需掩模板和光刻即可直接在绝缘衬底上生长出高质量的、图形化的 石墨烯，为石墨烯器件的应用提供了有效的方法与途径。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会 更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体 实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术 人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的绝缘衬底上生长石墨烯的方法的工艺流程 图；