[发明专利]一种高洁净无损转移石墨烯纳米带的方法

说明书

本发明提出一种高洁净无损转移石墨烯纳米带的方法，在Mica基底生长一定厚度的Au（111）层，获得Au（111）/Mica生长基底；使用CVD生长工艺在Au（111）面上生长满单层的N=7GNR，获得N=7GNR/Au（111）/Mica样品，使用薄刀片在生长有石墨烯纳米带的N=7GNR/Au（111）/Mica样品的Au（111）镀层面外围轻划一下，破坏表层无定形碳膜层的完整性，然后使用软毛刷粘取一定浓度的弱刻蚀能力的碘化钾碘溶液轻刷几次，使表面无定型碳膜层脱落，同时使N=7GNR/Au（111）层裸露出来，方便后续Mica基底与Au（111）镀层分离。转移过程中，没有引入新杂质和新缺陷，通过有目的性地去除无定形碳层，实现石墨烯纳米带的快速转移。

技术领域

本发明涉及石墨烯纳米带转移领域，特别是涉及一种高洁净无损转移石墨烯纳米带的方法。

背景技术

半导体器件是集成电路和芯片制造的重要基础电子元件，随着电子元器件高度集成化、微尺度化的快速发展，这势必对电子元件纳米尺度化提出更大的挑战。目前，最先进的半导体光刻制程已达到7nm 、5nm，实验室中甚至可达到1nm的制程工艺。虽然，传统用于制备半导体元器件的硅材料栅极长度为≥5nm具有相当理想的优势，但硅材料栅极长度＜5nm时，会伴随着栅极长度的缩短出现越明显的“隧道效应”，阻碍源极电流流向漏极，导致半导体元器件失效。这种因硅材料物理极限而出现的“摩尔效应”将极大的制约高度集成技术的发展。寻找一种原子级的极限超薄的半导体材料的研究倍受科研工作者的广泛关注和研究。

自2004年Novoselov和Geim通过机械剥离法制备出石墨烯以来，石墨烯优异的电、热、光学性能倍受科研界的广泛关注。石墨烯是一种由碳原子组成的蜂窝状晶体结构的新型二维材料，其蜂窝晶体结构组成的非常稳定的六元环平面内中的碳原子的2S和2P_x和2P_y杂化形成sp²轨道，垂直方向上的2P_z轨道形成垂直于六元环平面的π-π键，即石墨烯与石墨烯层间是以范德华相互作用的π-π键形式结合，可通过机械、化学等方法获得单层、稳定的单层厚度石墨烯。目前，可通过 CVD制备方法获得高质量的单层石墨烯，这种单原子厚度的超薄二维纳米材料是非常理想的纳米尺度化的电子元器件材料。然而，石墨烯是一种零带隙二维纳米材料，即它不是一种半导体材料，无法直接用于制备纳米电子元器件。所幸，通过研究者的不懈努力成功找到了打开石墨烯能级带隙的方法，控制石墨烯的生长宽度获得石墨烯纳米带，是目前较为成熟的一种开口石墨烯能级带隙的方法，能级带隙打开的石墨烯纳米带是一种单原子厚度的超薄纳米级的半导体材料，有望成为“碳基半导体电子元器件时代”的先驱者。

石墨烯纳米带根据长边边缘结构的不同分为相对平整边缘的扶手椅型石墨烯纳米带（AGNR）和相对粗糙边缘的锯齿型石墨烯纳米带（ZGNR）。扶手椅型石墨烯纳米带的能级带隙宽度△与石墨烯纳米带宽度（原子个数）遵循着3P的关系：△3P+1＞△3P＞△3P+2＞0，这里P为正整数。而锯齿型石墨烯纳米带的能级带隙宽度随着石墨烯纳米带的宽度增加而减小。目前石墨烯纳米带的制备工艺已相对成熟，是通过CVD法在Au（111）面可生长原子级宽度的石墨烯纳米带。根据具体生长机理是利用高度结晶的Au（111）面控制石墨烯的生长方向，抑制石墨烯纳米带的横向生长，从而达到原子级可控宽度的石墨烯纳米带生长。这种制备具有原子级宽度精准控制的可调带隙的实习纳米带可能使石墨烯纳米带有望用于纳米电子和光电领域的应用，打破硅材料的物理极限。