形成图案化的石墨烯层的制作方法
【专利摘要】在衬底上形成图案化的石墨烯层的设备和方法。一种这样的方法包括：在衬底上形成碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构；在所述衬底上的所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构的顶上施加石墨烯层；在一环境中加热在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构的顶上的所述石墨烯层，以去除在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构附近的石墨烯区域；以及去除所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构，以在所述衬底上产生图案化的石墨烯层，其中所述衬底上的所述图案化的石墨烯层为电子器件提供载流子迁移率。
【专利说明】形成图案化的石墨烯层【技术领域】
[0001]本发明的实施例一般而言涉及电子器件，更具体地，涉及纳米级图案化的石墨烯(nanoscale-patterned graphene)。
【背景技术】
[0002]石墨烯的异常高的本征载流子迁移率使得其为用于高频电子器件的潜在有希望的材料，所述高频电子器件例如是用于通信应用的低噪声放大器。然而，存在很多碳的纳米级形式的应用，其中石墨烯纳米网(GNM)可能优于连续的石墨烯层。
[0003]GNM可以是本征半导电的且具有非零带隙(不像石墨烯，石墨烯具有零带隙和消失的态密度(D0S))，或者像石墨烯一样是准金属性的且具有在费米能量处消失的DOS。然而现有的石墨稀纳米网图案化方法有缺点。
[0004]例如，现有方法不能按比例放大到大面积。另外，在一些现有方法中，石墨烯可能由于所使用的掩蔽材料的沉积和去除而劣化。通过与上覆的金属纳米点的碳化物形成反应而对碳化物形成金属(M)层上的石墨烯进行图案化的现有方法的缺点是:石墨烯图案化相对于石墨烯再生长的工艺窗口窄，这是因为通过与纳米点的碳化物形成反应对石墨烯的去除由于下述机制是可逆的:金属/金属碳化物纳米点迁移到M支撑层中并且与M支撑层合并，留下用从纳米点释放的碳重组的“恢复的”石墨烯表面。
[0005]其它现有方法，例如那些利用移动金属纳米点进行图案化的方法，有着与缺乏控制纳米点轨迹(以及在它们的尾迹(wake)中留下的被去除的石墨烯的图案)的手段有关的缺点。
[0006]因此，考虑到现有方法的缺点，需要用于对石墨烯进行纳米级图案化的改进的方法。
【发明内容】
[0007]在本发明的一方面，提供了用于在衬底上形成图案化的石墨烯层的方法。该方法包括如下步骤:在衬底上形成碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构；在所述衬底上的所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构的顶上施加石墨烯层；在一环境中加热在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构的顶上的所述石墨烯层，以去除在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构附近的石墨烯区域；以及去除所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构，以在所述衬底上产生图案化的石墨烯层，其中所述衬底上的所述图案化的石墨烯层为电子器件提供载流子迁移率。
[0008]另一种在衬底上形成图案化的石墨烯层的方法包括:在衬底的顶上施加石墨烯以在所述衬底上形成石墨烯层；形成碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构；在一环境中加热所述石墨烯层，以去除在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构附近的石墨烯区域；以及去除所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构，以在所述衬底上产生图案化的石墨烯层，其中所述衬底上的所述图案化的石墨烯层为电子器件提供载流子迁移率。
[0009]本发明的又一方面包括衬底上的石墨烯纳米网结构，其中该石墨烯纳米网结构为电子器件提供载流子迁移率，并且其中该结构包括:被设置在所述衬底的顶上的碳化物形成金属或包含金属的合金的临时的图案化结构以及被设置在所述衬底的顶上的石墨烯，其中所述石墨烯已与所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个临时的图案化结构反应，以去除在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构附近的石墨烯区域，从而在所述衬底上产生石墨烯纳米网结构。
[0010]此外，本发明的另一方面包括衬底上的图案化的石墨烯结构，其中该图案化的石墨烯结构为电子器件提供载流子迁移率，并且其中该结构包括:被设置在所述衬底的顶上的碳化物形成金属或包含金属的合金的临时的图案化结构以及被设置在所述衬底的顶上的石墨烯，其中所述石墨烯已与所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个临时的图案化结构反应，以去除在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构附近的石墨烯区域，从而在所述衬底上产生图案化的石墨烯层。
[0011]从下文中对其示例性实施例的详细描述中，本发明的这些和其它目的、特征及优点将变得显而易见，所述详细描述要结合附图阅读。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是示例出根据本发明实施例的示例性石墨烯纳米网(GNM)的图；
[0013]图2是示例出根据本发明实施例的被钝化和掺杂的石墨烯纳米网的图；
[0014]图3是示例出根据本发明实施例的被官能化的石墨烯纳米网的图；
[0015]图4是示例出根据本发明实施例的用于形成图案化的石墨烯层的“下方(under) ”技术的图；
[0016]图5是示例出根据本发明实施例的用于形成图案化的石墨烯层的“上方(over) ”技术的图；
[0017]图6的图示出了根据本发明实施例、可以被利用和被再利用以形成图案化的石墨烯层的图案化的金属模板的两个例子；
[0018]图7是示例出根据本发明实施例的用于形成图案化的石墨烯层的图案化的金属模板的第一使用法的图；
[0019]图8是示例出根据本发明实施例的用于形成图案化的石墨烯层的图案化的金属模板的第二使用法的图；
[0020]图9是示例出根据本发明实施例的用于在衬底上形成图案化的石墨烯层的技术的流程图；并且
[0021]图10是示例出根据本发明实施例的用于在衬底上形成图案化的石墨烯层的技术的流程图。
【具体实施方式】
[0022]本发明的一个方面包括使用金属引发的反应来进行石墨烯的纳米网图案化。石墨烯纳米网(GNM)是通过以周期性方式(例如，如图1中所示)在石墨烯片(sheet)中产生孔而制作的碳基结构。四个几何参数表征GNM:孔晶格(hole lattice)、尺寸、形状和晶格常数。
[0023]如在本申请中所描述的，本发明的各方面包括在绝缘的或铜(Cu)基衬底上形成图案化的石墨烯层的多种相关方法。除了铜之外，本发明的实施例还可以包括非碳化硅形成金属或金属合金的使用。每种方法依赖于这样的事实:与类镍(Ni)材料接触的石墨烯的区域在升高的温度下不稳定并且容易通过诸如下述的机制被去除:金属催化分解成含碳挥发物(典型地，在升高的温度下在含氢环境中)和/或与类Ni (N1-1ike)材料反应和/或络合而形成溶解的碳和/或碳化物。
[0024]如本申请中所使用的，类Ni是指碳化物形成金属或金属合金。此外，如本申请中所使用的，混合材料层是指石墨烯层加上碳化物形成金属或金属合金材料的图案化的层。
[0025]如本申请中详细描述的，本发明的实施例包括在绝缘衬底上形成图案化的石墨烯层的技术，其中可以在石墨烯层下方或顶上形成和/或施加类Ni材料的图案化结构。
[0026]使用在石墨烯下方的类Ni结构的方法的优点在于:类Ni结构的位置是固定的(相对于移动的)，并且在类Ni结构制造过程中类Ni结构没有机会与石墨烯相互作用，这是因为在石墨烯位于所述衬底上之前就完成了金属图案化或自组装。
[0027]使用石墨烯上方的类Ni结构的方法的优点在于:可以在一般的石墨烯晶片(例如，被接合到载体衬底的石墨烯)上进行图案化，但是这种类Ni结构可以移动并且当类Ni结构形成在石墨烯层顶上时该类Ni结构制造方法中可能存在较低的灵活性。例如，对于自组装的类Ni结构,石墨烯上的毪式(blanket)薄Ni层可能在其自组装成Ni纳米点之前与石墨烯反应。
[0028]GNM材料典型地在位于绝缘衬底上时最有用。当用于刚才描述的两种方法的衬底是绝缘的时，图案化的石墨烯可以保持(stay)在衬底上的适当位置，在所述衬底上所述石墨烯被图案化；因此可以直接形成绝缘衬底上的GNM，而不需要随后转移到绝缘衬底和/或特殊处理以去除GNM下方的衬底的导电上层。
[0029]也预期通过类Ni结构图案化铜-(Cu-)支撑的石墨烯(例如，Cu箔衬底上的石墨烯)。在这种情况下，GNM典型地将在可能包含下述步骤的工艺序列中被转移到绝缘衬底:将G匪接合到临时支撑层，通过诸如Cu蚀刻的工艺去除Cu支撑以留下GNM/支撑层结构，将G匪接合到永久处理衬底(handle substrate),以及去除所述临时支撑层。该实施例的优点是其与棍至棍(roll-to-roll)制造方法兼容。
[0030]图1-3描绘了可以被官能化(图2-3)或未被官能化(图1)的石墨烯纳米网(GNM)材料。相应地，图1是示例出根据本发明实施例的未被官能化的石墨烯纳米网(GNM) 102的例子的图。图2是示例出了被钝化和掺杂的石墨烯纳米网202的图，该石墨烯纳米网202具有可以由类似于GNM102的GNM形成的钝化部分210以及掺杂剂部分(moiety) 20。图3是不例出了官能化的石墨稀纳米网302的图，该石墨稀纳米网302具有可以由类似于GNM102的GNM形成的官能化部分305 (以端视图和平面视图示出)。
[0031]图4是示例出根据本发明实施例的用于形成图案化的石墨烯层的“下方”技术的图。通过示例的方式，在“下方”技术中，自组装的类Ni结构由毯式类Ni材料层形成，并且图案化的石墨烯可以保持在所述衬底上。具体地，图4中的例子描绘了 Ni402、Si02404、Si406和石墨烯(G) 408。所示例的步骤410包括将薄Ni层沉积到SiO2 (在Si衬底顶上)上。
[0032]所示例的步骤412包括将Ni聚结(agglomerate)成自组装的纳米点以产生图案化的Ni结构403。所示例的步骤414包括将石墨烯层转移和/或接合到Ni纳米点/衬底层。所示例的步骤416包括通过与Ni的局域反应而对石墨烯进行图案化。所示例的步骤418蚀刻掉Ni，留下图案化的石墨烯层。尽管图4的步骤410和412示出了通过由毯式薄膜的自组装(通过已知工艺)形成的图案化的Ni结构403，这仅仅是可以用于形成图案化的Ni结构的若干种方法中的一种。
[0033]图5是示例出根据本发明实施例的用于形成图案化的石墨烯层的“上方”技术的图。通过示例的方式，在“上方”技术中，从溶液沉积类Ni结构，并且图案化的石墨烯可以保持在所述衬底上。具体地，图5中的例子描绘了 Ni502、Si02504、Si506和石墨烯(G) 508。
[0034]所示例的步骤512包括在SiO2 (在Si衬底的顶上)上沉积石墨烯层。所示例的步骤514包括通过例如从溶液沉积自组装的Ni纳米点而形成图案化的Ni结构503。所示例的步骤516包括通过与Ni的局域反应而图案化石墨烯。所示例的步骤518包括蚀刻掉Ni，留下图案化的石墨烯层。尽管图5的步骤512示出了通过从溶液(通过已知工艺)自组装Ni纳米点而形成的图案化的Ni结构503，这仅仅是可以用于形成图案化的Ni结构的若干种方法中的一种。
[0035]图6的图示例出了根据本发明实施例、可以被利用和被再利用以形成图案化的石墨烯层的图案化的金属模板的两个例子。在所需的金属图案不容易通过自组装技术形成的情况下可以使用这种模板，这使得每次要图案化单个石墨烯层就制造新的图案化的金属层是昂贵的。通过示例的方式，图6中的610描绘了一平面模板，该平面模板包括嵌入在基底衬底上的电介质中的Ni图案的阵列，并且图6中的612描绘了包括在基底衬底上方延伸的Ni图案的阵列的非平面印模状(stamp-like)模板。如图所示，图6、图7和图8描绘了Ni602、Si02604、Si606 和石墨烯 608。
[0036]图7的图示例出了根据本发明实施例、在第一种方法中如何使用图6的图案化的金属模板610来形成图案化的石墨烯层。通过示例的方式，图7描绘了石墨烯层被施加到类Ni结构的模板上并且在图案化之后被去除。具体地，在图7的例子中，所示例的步骤712包括将石墨烯施加到所述模板。所示例的步骤714包括通过与Ni的局域反应而图案化石墨烯。此外，所示例的步骤716包括去除(例如,剥离)石墨烯纳米网。
[0037]图8的图示例出了根据本发明实施例、在第二种方法中如何使用图6的图案化的金属模板610来形成图案化的石墨烯层。通过示例的方式，图8描绘了模板被施加到被支撑的石墨烯层并且在图案化之后被去除。具体地，在图8的例子中，所示例的步骤812包括将图案化的金属模板610施加到石墨烯层。所示例的步骤814包括通过与Ni的局域反应而图案化石墨烯。此外，所示例的步骤816包括移走所述模板。
[0038]在图7的例子和图8的例子中，可以在使用之后通过例如在约800摄氏度下在Ar/H2中退火以去除任何溶解的碳，来翻新所述模板。
[0039]用于在石墨烯图案化反应之后去除碳化物形成金属或包含金属的合金的图案化结构的工艺，将取决于图案化的金属结构的形式和成分。可以通过机械分离去除诸如图6-8中所示的那些模板结构的模板结构。更一般地，在通过执行湿法蚀刻工艺进行石墨烯图案化之后，去除诸如图4的416和图5的516中所示的那些的碳化物形成金属或包含金属的合金的图案化的结构，所述湿法蚀刻工艺相对于石墨烯以及石墨烯被设置在其上的衬底选择性地蚀刻碳化物形成金属或包含金属的合金的图案化结构。对于Ni的图案化结构(例如图4的416和图5的516中所示的)，蚀刻剂可以包括HC1、FeCl3、王水的水性溶液或者诸如 Transene Thin Film Nickel Etchant TFB、Transene Thin Film Nickel Etchant TFG、或者 Transene Nickel Etchant Type I 的商用蚀刻剂。
[0040]如本申请中详细描述的，类Ni结构可以通过沉积或者穿过掩膜蚀刻而被光刻图案化。然而，在本发明的优选实施例中，避免了光刻，并且类Ni结构是自组装的。类Ni结构的自组装可以例如通过从溶液沉积预成型的(preformed)类Ni纳米颗粒来实现(通过喷涂、旋涂、浸溃涂布等)，其中预成型的纳米颗粒还可以包括不是Ni类的另外的材料的表面层(例如，对分子进行官能化以便于在溶液中悬浮)。
[0041]为了进行镍纳米颗粒在石墨烯或氧化物表面上的自组装，可以用双官能基团涂敷所述纳米颗粒，所述双官能基团在一端与纳米颗粒形成共价键并且在另一端具有能够与石墨烯或氧化物表面形成静电或共价键的官能性。例如，为了进行镍纳米颗粒在石墨烯表面上的自组装，可以使纳米颗粒与双官能化合物反应，所述双官能化合物在一端具有硫醇(-SH)基(用以与纳米颗粒形成键)并且在另一端具有诸如重氮盐(-N2+X_，其中X_是诸如卤素的无机或有机阴离子)的官能性(用以允许与石墨烯电荷转移接合)。
[0042]对于氧化物表面上的自组装，尤其是金属氧化物表面上的自组装，可以再次用在一端具有硫醇基的双官能分子涂敷纳米颗粒。然而，所述双官能分子的另一端可以包括膦酸(-PO(OH)2)基以帮助纳米颗粒与金属氧化物(氧化铪、氧化铝等)形成共价键，使得纳米颗粒在氧化物表面上自组装。
[0043]或者，可以通过毯式沉积薄(1-30纳米(nm)层)膜类Ni层、之后在一环境中在升高的温度下进行退火以将所述薄膜聚结成纳米点，来实现类Ni结构的自组装。可以通过Ni膜厚度(典型地，Ni膜越薄，点越小并且点间隔越近)、退火条件(温度和气体环境)以及Ni膜被沉积于其上的表面的润湿特性，来控制纳米点尺寸和间隔。例如，Si衬底上的Ni纳米点形成可以包括用10-20nm的SiO2进行涂敷、沉积3_20nm的Ni并且在N2中在850摄氏度下退火20-30秒。金属纳米点形成的其它方法包括例如所开发的等离子体辅助的Ni纳米颗粒沉积工艺，其中Ni被缓慢溅射到暴露于等离子体的衬底上。
[0044]如本申请中详细描述的，通过与类Ni材料的局域反应而实现的石墨烯图案化由于诸如下述的机制而在一环境中在升高的温度下发生:金属催化分解成含碳挥发物(典型地，在含氢环境中)和/或与类Ni材料反应和/或络合以形成能溶解的碳和/或碳化物。环境可以包括例如:真空，诸如Ar、N2, He、H2以及这些气体的混合物的气体。可以采用在500-1000摄氏度的范围内的温度，优选在600-800摄氏度的范围内的温度，持续时间从所述范围的低端处的温度的数小时到所述范围的高端处的温度的数秒变化。含氢环境可以是优选的，因为它们便于产生含碳挥发物，所述含碳挥发物比留在金属纳米点中的碳更完全地从反应区域中去除。
[0045]图9是示例出根据本发明实施例的用于在衬底(例如，绝缘衬底)上形成图案化的石墨烯层的技术的流程图。步骤902包括在衬底上形成碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构。Ni纳米点阵列将是图案化的碳化物形成金属或包含金属的合金结构的一个例子。可以通过施加纳米点的悬浮液并且进行干燥，或者通过形成金属薄膜(例如1-1Onm)并且逐渐对其进行加热使其分解成金属点，来形成金属纳米点阵列。
[0046]可以通过沉积或者穿过掩膜的蚀刻，来光刻图案化碳化物形成金属或包含金属的合金的图案化结构。此外，碳化物形成金属或包含金属的合金的图案化结构可以包含选自下述的材料:N1、Fe、Co、Pt、以及其组合的合金。
[0047]此外，碳化物形成金属或包含金属的合金的图案化结构可以是自组装的。碳化物形成金属或包含金属的合金的图案化结构的自组装可以包括:例如通过喷涂、旋涂、浸溃涂布等，从溶液沉积多个预成型的碳化物形成金属或包含金属的合金纳米颗粒。
[0048]预成型的碳化物形成金属或包含金属的合金纳米颗粒可以包括至少一个并非碳化物形成金属或包含金属的合金的另外的材料的表面层。举例而言，其可以包括官能化分子以便于在溶液中悬浮。另外，碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构的自组装可以包括:毯式沉积碳化物形成金属或包含金属的合金层的膜，并且在一环境中在升高的温度下对所述膜进行退火来将所述膜聚结成多个纳米点。在这种实施例中，碳化物形成金属或包含金属的合金层的膜可以包括在约I纳米到约30纳米的范围内的膜。
[0049]步骤904包括在衬底上的所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构的顶上施加石墨烯层。步骤906包括在一环境中加热在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构的顶上的所述石墨烯层，以去除在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构附近的石墨烯区域。
[0050]步骤908包括去除所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构(和/或它们的残留物)，以在所述衬底上产生图案化的石墨烯层，其中所述衬底上的图案化的石墨烯层为电子器件提供载流子迁移率。去除所述碳化物形成金属或包含金属的合金的图案化结构可以包括:执行湿法蚀刻工艺，所述湿法蚀刻工艺相对于石墨烯以及石墨烯被设置在其上的衬底选择性地蚀刻所述碳化物形成金属或包含金属的合金的图案化结构。
[0051]图9中描绘的技术也可以包括选择衬底。
[0052]图10是示例出根据本发明实施例的用于在衬底(例如，绝缘衬底)上形成图案化的石墨烯层的技术的流程图。步骤1002包括在衬底上施加石墨烯以在所述衬底上形成石墨烯层。在示例性实施例中，所述衬底包括位于所述石墨烯层下方的含Cu层。
[0053]步骤1004包括形成碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构。在一个示例性实施例中，包括碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构的混合材料层还可以包括:在绝缘衬底上的石墨烯层，其与被设置在第二衬底上的碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构接触。可以通过使用图案化的Ni (或者碳化物形成金属或包含金属的合金)印模进行这一方面。
[0054]图10中描绘的技术包括可以是电介质或非碳化物形成金属的衬底。
[0055]也如上文中结合图9的技术详细描述的，图案化的类Ni结构可以通过沉积或者穿过掩膜的蚀刻而被光刻图案化。此外，碳化物形成金属或包含金属的合金的图案化结构可以包含选自下述的材料:N1、Fe、Co、Pt、以及其组合的合金。
[0056]此外，碳化物形成金属或包含金属的合金的图案化结构可以是自组装的。碳化物形成金属或包含金属的合金的图案化结构的自组装可以包括:例如通过喷涂、旋涂、浸溃涂布等，从溶液沉积多个预成型的碳化物形成金属或包含金属的合金的纳米颗粒。预成型的碳化物形成金属或包含金属的合金的纳米颗粒可以包括至少一个并非碳化物形成金属或包含金属的合金的另外的材料的表面层。举例而言，其可以包括官能化分子以便于在溶液中的悬浮。
[0057]另外，碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构的自组装可以包括:毯式沉积碳化物形成金属或包含金属的合金层的膜，并且在一环境中在升高的温度下对所述膜进行退火来将所述膜聚结成多个纳米点。在这种实施例中，碳化物形成金属或包含金属的合金层的膜可以包括在约I纳米到约30纳米的范围内的膜。
[0058]步骤1006包括在一环境中加热所述石墨烯层，以去除在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构附近的石墨烯区域。
[0059]步骤1008包括去除所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构，以在衬底上产生图案化的石墨烯层，其中所述衬底上的图案化的石墨烯层为电子器件提供载流子迁移率。去除所述碳化物形成金属或包含金属的合金的图案化结构以在绝缘衬底上产生图案化的石墨烯层可以包括:执行湿法蚀刻工艺，所述湿法蚀刻工艺相对于石墨烯以及石墨烯被设置在其上的衬底选择性地蚀刻所述碳化物形成金属或包含金属的合金的图案化结构。
[0060]图10中描绘的技术可以另外包括包含绝缘的上覆层(overlayer)的衬底。举例而言，具有绝缘的上覆层的衬底包括Si/Si02。
[0061]另外，如本申请中所详细描述的，本发明的实施例包括这样的石墨烯纳米网结构:该石墨烯纳米网结构形成有位于石墨烯层下方或顶上的碳化物形成金属或包含金属的合金材料的图案化结构。
[0062]举例而言，在本发明的一个实施例中，一种衬底上的石墨烯纳米网结构(其中石墨烯纳米网结构为电子器件提供载流子迁移率)包括:被设置在所述衬底的顶上的碳化物形成金属或包含金属的合金的临时的图案化结构以及被设置在所述衬底的顶上的石墨烯，其中所述石墨烯已经与所述碳化物形成金属或金属合金的至少一个临时的图案化结构反应，以去除在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构附近的石墨烯区域，从而在所述衬底上产生石墨烯纳米网结构。
[0063]另外，在本发明的另一个实施例中，一种衬底上的图案化的石墨烯结构(其中该图案化的石墨烯结构为电子器件提供载流子迁移率)包括:被设置在所述衬底的顶上的碳化物形成金属或包含金属的合金的临时的图案化结构以及被设置在所述衬底的顶上的石墨烯，其中所述石墨烯已经与所述碳化物形成金属或金属合金的至少一个临时的图案化结构反应，以去除在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构附近的石墨烯区域，从而在所述衬底上产生图案化的石墨烯层。
[0064]尽管已经在本申请中参考附图描述了本发明的示例性实施例，但应当理解，本发明不限于那些精确的实施例，并且在不脱离本发明的范围或精神的情况下，本领域技术人员可以做出各种其它变化和修改。
【权利要求】
1.一种在衬底上形成图案化的石墨烯层的方法，包括: 在衬底上形成碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构； 在所述衬底上的所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构的顶上施加石墨稀层； 在一环境中加热在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构的顶上的所述石墨烯层，以去除在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构附近的石墨烯区域；以及 去除所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构，以在所述衬底上产生图案化的石墨烯层，其中所述衬底上的所述图案化的石墨烯层为电子器件提供载流子迁移率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底包括绝缘衬底。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底包括绝缘的上覆层。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构是自组装的。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构的自 组装包括从溶液沉积多个预成型的碳化物形成金属或包含金属的合金的纳米颗粒。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，预成型的碳化物形成金属或包含金属的合金的纳米颗粒包括另外的材料的至少一个表面层，所述另外的材料并非碳化物形成金属或包含金属的合金。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构的自组装包括: 毯式沉积碳化物形成金属或包含金属的合金层的膜；以及 在一环境中在升高的温度下对所述膜进行退火以使所述膜聚结成多个纳米点。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述碳化物形成金属或包含金属的合金层的膜包括在约I纳米到约30纳米的范围内的膜。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，通过沉积或者穿过掩膜的蚀刻，对所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构进行光刻图案化。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构包含选自下述的材料:N1、Fe、Co、Pt、以及其组合的合金。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，去除所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构以在所述衬底上产生图案化的石墨烯层包括:执行湿法蚀刻工艺，所述湿法蚀刻工艺相对于石墨烯以及所述石墨烯被设置在其上的所述衬底而选择性地蚀刻所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构。
12.—种在衬底上形成图案化的石墨烯层的方法，包括: 在衬底的顶上施加石墨稀以在所述衬底上形成石墨稀层； 形成碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构； 在一环境中加热所述石墨烯层，以去除在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构附近的石墨烯区域；以及去除所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构，以在所述衬底上产生图案化的石墨烯层，其中所述衬底上的所述图案化的石墨烯层为电子器件提供载流子迁移率。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述衬底包括位于所述石墨烯层下方的含Cu层。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述衬底包括绝缘衬底。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述衬底包括绝缘的上覆层。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构是自组装的。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构的自组装包括从溶液沉积多个预成型的碳化物形成或包含金属的合金的纳米颗粒。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，预成型的碳化物形成或包含金属的合金的纳米颗粒包括另外的材料的至少一个表面层，所述另外的材料并非碳化物形成或包含金属的I=1-Wl O
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构的自组 装包括: 毯式沉积碳化物形成或包含金属的合金层的膜；以及 在一环境中在升高的温度下对所述膜进行退火以使所述膜聚结成多个纳米点。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述碳化物形成或包含金属的合金层的膜包括在约I纳米到约30纳米的范围内的膜。
21.根据权利要求12所述的方法，其中，通过沉积或者穿过掩膜的蚀刻，对所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构进行光刻图案化。
22.根据权利要求12所述的方法，其中，所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构包含选自下述的材料:N1、Fe、Co、Pt、以及其组合的合金。
23.根据权利要求12所述的方法，其中，去除所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构以在所述衬底上产生图案化的石墨烯层包括:执行湿法蚀刻工艺，所述湿法蚀刻工艺相对于石墨烯以及所述石墨烯被设置在其上的所述衬底而选择性地蚀刻所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构。
24.一种衬底上的石墨烯纳米网结构，其中所述石墨烯纳米网结构为电子器件提供载流子迁移率，所述衬底上的石墨烯纳米网结构包括: 碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个临时的图案化结构，其被设置在所述衬底的顶上；以及 被设置在所述衬底的顶上的石墨烯，其中所述石墨烯已与所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个临时的图案化结构反应，以去除在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构附近的石墨烯区域，从而在所述衬底上产生石墨烯纳米网结构。
25.一种衬底上的图案化的石墨烯结构，其中所述图案化的石墨烯结构为电子器件提供载流子迁移率，所述衬底上的图案化的石墨烯结构包括:碳化物形成金属或包含金属的合金的临时的图案化结构，其被设置在所述衬底的顶上；以及 被设置在所述衬底的顶上的石墨烯，其中所述石墨烯已与所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个临时的图案化结构反应，以去除在所述碳化物形成金属或包含金属的合金的至少一个图案化结构 附近的石墨烯区域，从而在所述衬底上产生图案化的石墨烯层。
【文档编号】B44C1/165GK104023993SQ201280058371
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年11月16日 优先权日:2011年12月5日
【发明者】阿里·阿夫扎利-阿尔达卡尼, 阿迈德·马鲁夫, 格伦·J·马蒂纳, 凯瑟琳·森格尔 申请人:国际商业机器公司, 埃及纳米技术中心