[发明专利]基于可编程纳米线为模板实现大面积石墨烯纳米带阵列的制备方法

权利要求书

1.一种可编程纳米线为模板实现大面积石墨烯纳米带阵列的制备方法，其特征是，步骤如下：1）利用光刻、电子束直写或掩模板技术在硅/二氧化硅衬底上定义所需的平面图案，即确定台阶引导沟道位置，利用电感耦合等离子体ICP刻蚀或者反应离子体刻蚀RIE技术刻蚀一定深度有台阶的引导沟道；2）在台阶沟道的一端，利用光刻、蒸发或者溅射工艺金属淀积工艺，制备金属催化层，作为纳米线的生长起点位置；在还原性气体等离子体作用下，在高于金属熔点的温度进行处理，使覆盖在侧壁坡面引导沟道上的催化金属层转变成为分离的金属纳米颗粒；3）将温度降低到金属催化颗粒熔点以下，整个结构表面覆盖与所需生长纳米线相应的非晶半导体前驱体薄膜层；4）将温度提高到适当温度以上，以使得纳米金属颗粒重新融化，并开始在前端吸收非晶层前驱体，而在后端生长淀积出晶态的纳米线结构；5）获得纳米线阵列后，利用胶质材料转移技术转移纳米线至石墨烯衬底或石墨烯薄膜器件或其它任意薄膜材料；6）利用纳米线为模板，反应离子体刻蚀技术RIE刻蚀形成大面积石墨烯纳米带阵列，或任意薄膜材料纳米带阵列。

2.根据权利要求1所述的基于可编程纳米线为模板实现大面积石墨烯纳米带阵列的制备方法，其特征是：在硅/二氧化硅衬底上，利用光刻、电子束直写或掩模板技术定义所需的平面图案，即台阶引导沟道位置，再用ICP或者RIE刻蚀方法刻蚀一定深度形成沟道，刻蚀的反应气体使用C₄F₈、CF₄、SF₆或其混合气体，具有不同陡直特性和表面钝化特性的反应气体进行刻蚀；为了便于纳米线的转移，刻蚀沟道深度小于生长纳米线直径的三分之二，沟道的具有倾斜坡度为佳，根据不同的反应气体配比和交替工艺，能获得平直陡面或倾斜坡面。

3.根据权利要求1或2所述的基于可编程纳米线为模板实现大面积石墨烯纳米带阵列的制备方法，其特征是：在引导坡面台阶的一端，通过光刻、电子束刻蚀或者掩模板技术，定义图案并通过热蒸发，CVD，PECVD或者各种PVD技术制备一层厚度约10-30nm的金属催化层，包括铟、锡、镓、铋、金、铜、镍、钛、银、铅以及其合金；然后，在高于金属熔点的温度，利用还原性气体氛围处理金属催化层，使之转变成为分离的纳米颗粒，并通过控制其处理时间、温度，将坡面上的金属颗粒的直径控制在100~200nm范围内；在PECVD系统中，处理功率密度为1mW/cm²~10W/cm²之间，气压在1Pa~100Torr之间。

4.根据权利要求1所述的基于可编程纳米线为模板实现大面积石墨烯纳米带阵列的制备方法，其特征是：在制备好的横向纳米线阵列上直接旋涂胶质材料、胶质材料包括PMMA、PDMS或PVC等胶质试剂，或直接覆盖固化后的PDMS、PVC或PVA等胶质材料，可将纳米线转移至胶质材料上；旋涂法需自然晾干或120-150度烘烤5-15min后，利用4%浓度的氢氟酸溶液选择性刻蚀中间的二氧化硅层，胶质膜状材料将连带纳米线悬浮于HF溶液表面，覆盖法可直接利用胶质材料本身的粘性，将纳米线直接粘起完成转移。

5.根据权利要求1所述的基于可编程纳米线为模板实现大面积石墨烯纳米带阵列的制备方法，其特征是：携带纳米线的胶质材料直接覆盖在化学气相生长（CVD）或机械剥离的石墨烯衬底，或其他任意薄膜材料或器件上，覆盖后通过简单加热，使固化的胶体溶解，纳米线贴紧薄膜材料，再通过丙酮、乙酸等溶液湿法去除残胶，或ICP、RIE或紫外臭氧机（UVO）刻蚀干法去除胶体材料。

6.根据权利要求1所述的基于可编程纳米线为模板实现大面积石墨烯纳米带阵列的制备方法，其特征是：利用转移后的纳米线为模板，ICP或RIE刻蚀形成大面积石墨烯纳米带阵列，或任意薄膜材料纳米带阵列。

7.根据权利要求1所述的基于可编程纳米线为模板实现大面积石墨烯纳米带阵列的制备方法，其特征是：利用ICP或RIE干法刻蚀可一步实现去残胶和刻蚀石墨烯。

8.根据权利要求1所述的基于可编程纳米线为模板实现大面积石墨烯纳米带阵列的制备方法，其特征是：携带纳米线的胶质材料转移至石墨烯薄膜后，通过加热溶解，利用ICP或RIE刻蚀技术通入氧气或氩气进行刻蚀，直接将无纳米线掩盖部分的胶体与石墨烯一并刻蚀，刻蚀完成后溶胶步骤溶解纳米线下的残胶，并同时将纳米线去除。