一种石墨烯薄膜及半导体器件的制作方法

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种石墨烯薄膜以及具有该石墨烯薄膜的半导体器件。

背景技术：

随着半导体技术的发展和技术节点的不断降低，传统的硅材料已经表现出诸多限制和缺陷，由于石墨烯是目前世界上最薄、强度最高、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，所以石墨烯成为理想的硅的替代品。

然而，传统的石墨烯薄膜无论从宏观还是微观均采用平坦表面，包括单原子层石墨烯是微观意上的平坦表面。例如，应用于压电领域中，平坦的石墨烯薄膜在受到外界施加的力作用时产生的变形量很小，而且，在制备时，需要额外在衬底中制备出足够尺寸的空腔，这严重制约了石墨烯薄膜的应用便捷性和广泛性。同时，平坦的石墨烯薄膜的比表面积不是很理想，特别是作为电池的电极、传感器以及光催化器件等更希望具有较大的比表面积和载流子捕获能力。

技术实现要素：

为了克服以上问题，本实用新型旨在提供一种石墨烯薄膜，能够产生较多的形变以及具有更好的比表面积。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜具有多个一面具有开口的微空腔结构，微空腔结构是由石墨烯薄膜表面的凸起结构和/或凹陷结构构成；微空腔结构的开口形成于凸起结构的底部和/或凹陷结构的顶部。

优选地，所述石墨烯薄膜具有主平面，所述凸起结构的开口所在平面和/或所述凹陷结构的开口所在平面位于所述石墨烯薄膜的主平面所在平面；或者所述石墨烯薄膜具有主平面，所述凸起结构的开口所在平面和/或所述凹陷结构的开口所在平面与所述石墨烯薄膜的主平面所在平面不相同。

优选地，所述微空腔结构呈阵列排布，相邻行的微空腔结构相间设置。

优选地，每行中凸起结构和凹陷结构相间设置，且相邻行的凸起结构之间相间设置，相邻行的凹陷结构之间相间设置。

优选地，每行中，凸起结构在所述主平面的投影轮廓与所述凹陷结构在所述主平面的投影轮廓相切。

优选地，所述凸起结构与所述凹陷结构为全等图形关系。

优选地，所述微空腔结构的开口在所述主平面的投影轮廓被所述微空腔结构的其它区域在所述主平面的投影轮廓中的最大轮廓所包围。

优选地，所述开口在主平面的投影轮廓的尺寸和所述最大轮廓的尺寸为纳米级，所述开口的投影轮廓的尺寸为所述最大轮廓的尺寸的1/5～1。

优选地，所述微空腔结构的高度为纳米级，所述微空腔结构的高度为所述开口的尺寸的1/4～1。

优选地，所述微空腔结构的开口在所述主平面的投影轮廓包围所述微空腔结构的其它区域在所述主平面的投影轮廓。

优选地，所述开口的尺寸为纳米级，所述微空腔结构的高度为纳米级，所述微空腔结构的高度为所述开口的尺寸的1/4～1。

优选地，所述凸起结构和/或所述凹陷结构在所述主平面的投影轮廓为圆形或矩形，所述开口在所述主平面的投影轮廓为圆形或矩形。

优选地，所述微空腔结构为被开口所截的球体。

优选地，所述凸起结构包括上层结构和与之相连的下层结构，所述上层结构具有平坦表面或弧形表面，所述下层结构为倾斜侧壁，倾斜侧壁由下向上逐渐向外或向内倾斜；凹陷结构为所述凸起结构的倒置。

优选地，仅在所述微空腔结构内壁和/或整个石墨烯薄膜表面形成有金属化合物半导体纳米薄膜。

优选地，所述半导体纳米薄膜为钛合金纳米薄膜和/或锌合金纳米薄膜。

优选地，所述钛合金纳米薄膜的材料为TiOx，x为正数；所述锌合金纳米薄膜为ZnO纳米薄膜。

优选地，所述半导体纳米薄膜由金属化合物的纳米线阵列构成。

优选地，所述半导体纳米薄膜的厚度与所述开口的轮廓尺寸的比例不大于1:3。

优选地，所述石墨烯薄膜为单原子层厚度的石墨烯薄膜。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种探测器，具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为探测部件。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种压力发电器件，其具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为压电转换部件；当外界向石墨烯薄膜的凸起结构和/或凹陷结构施加作用力时，多个所述微空腔结构发生形变，从而产生电能。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种光催化器件，其具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为光催化部件。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种太阳能电池，具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为电极或光电转换部件。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种LED器件，其具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为电致发光层或电极层。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种储能电池，其具有上述任意一项所述的石墨烯薄膜作为电极层。

本实用新型的石墨烯薄膜，利用石墨烯薄膜具有多个一面具有开口的微空腔结构，首先，由于每个微空腔结构均可以产生变形，多个微空腔结构的变形输出使得石墨烯薄膜的变形总量增多，当该石墨烯薄膜应用于压力探测器时，可以提高压力探测器的灵敏度和准确度；当该石墨烯薄膜应用于压力发电器件时，可以增加发电总量，提高发电效率；并且，形成微空腔结构的凸起结构、凹陷结构可以实现石墨烯薄膜的任意方位的压力探测能力，也即是从任意方向施加的力例如侧向、纵向或倾斜的力均可以被石墨烯薄膜探测到，从而进一步提高压力探测器件的灵敏度和准确度，并且提高压力发电器件的能量利用率、发电量和发电效率；此外，多个微空腔结构的设置可以实现多点探测，并且精准的探测出每一点的压力；其次，凸起结构和凹陷结构均可以增加石墨烯薄膜的比表面积，有利于应用于需要高比表面积的器件中。进一步的，石墨烯薄膜表面形成有金属化合物半导体纳米薄膜，使得石墨烯薄膜的比表面积进一步提高，并且利用金属化合物半导体纳米薄膜在光物理、光化学、光催化等方面所具有的突出特性，赋予石墨烯薄膜更多的半导体特性，扩宽石墨烯薄膜的应用领域。

并且，石墨烯薄膜由于高硬度特点，对石墨烯薄膜的微加工具有一定的难度。本实用新型利用牺牲材料和化学气相沉积技术来实现对石墨烯薄膜的成型，并通过释放工艺实现对牺牲材料的去除；进一步的，本实用新型利用石墨烯薄膜在受到外界刺激时产生形变，使得石墨烯薄膜的任意形状结构均可以与其所依附的材料层产生剥离，比如，本实用新型的一个实施例中的开口较窄的微空腔结构，当对石墨烯薄膜施加外界刺激时，使得微空腔结构产生变形，从而使微空腔结构内壁或表面的材料层与之相剥离开来。因此，本实用新型的石墨烯方法改变了现有石墨烯薄膜的加工成型思路，使得石墨烯薄膜具有多种形状结构成为可能，以及实现了石墨烯薄膜成型的灵活性。

附图说明

图1为本实用新型的实施例一的石墨烯薄膜的俯视结构示意图

图2为本实用新型的实施例一的一种微空腔结构的截面结构示意图

图3为本实用新型的实施例一的另一种微空腔结构的截面结构示意图

图4为本实用新型的实施例一的又一种微空腔结构的截面结构示意图

图5为本实用新型的实施例一的一种微空腔结构的截面结构示意图

图6为本实用新型的实施例一的另一种微空腔结构的截面结构示意图

图7为本实用新型的实施例一的又一种微空腔结构的截面结构示意图

图8为本实用新型的实施例一的一种微空腔结构的截面结构示意图

图9为本实用新型的实施例一的另一种微空腔结构的截面结构示意图

图10为本实用新型的实施例一的又一种微空腔结构的截面结构示意图

图11为本实用新型的实施例一的石墨烯薄膜的制备方法的流程示意图

图12～23为本实用新型的实施例一的石墨烯薄膜的制备方法的各步骤示意图

图24为本实用新型的实施例二的石墨烯薄膜的俯视结构示意图

图25为本实用新型的实施例二的一种微空腔结构的截面结构示意图

图26为本实用新型的实施例二的另一种微空腔结构的截面结构示意图

图27为本实用新型的实施例二的又一种微空腔结构的截面结构示意图

具体实施方式

为使本实用新型的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本实用新型的内容作进一步说明。当然本实用新型并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本实用新型的保护范围内。

本实用新型的石墨烯薄膜具有多个一面具有开口的微空腔结构，微空腔结构是由石墨烯薄膜表面的凸起结构和/或凹陷结构构成；微空腔结构的开口形成于凸起结构的底部和/或凹陷结构的顶部。

以下结合附图1-27和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

实施例一

本实施例中，请参阅图1～图10，石墨烯薄膜G具有多个一面具有开口的微空腔结构，微空腔结构是由石墨烯薄膜G表面的凸起结构T和凹陷结构A构成；微空腔结构的开口形成于凸起结构T的底部和凹陷结构A的顶部。

图1中，凹陷结构A的开口AK从俯视图上显示出来，而凸起结构T的开口不能从俯视图显示出来。这里的微空腔结构呈阵列排布，相邻行的微空腔结构相间设置。较佳的，多个凸起结构T为全等图形，多个凹陷结构A为全等图形；每行的微空腔结构为凸起结构T和凹陷结构A相间设置，且相邻行的凸起结构T之间相间设置，相邻行的凹陷结构A之间相间设置；凸起结构T与凹陷结构A为全等图形关系。

本实施例中，石墨烯薄膜G具有主平面，主平面为凸起结构和/或凹陷结构区域之外的大面积的石墨烯薄膜所在平面，或者说，整个石墨烯薄膜G边缘区域所在平面。如图2～10中箭头所指。这里，凸起结构T和凹陷结构A在石墨烯薄膜G的主平面的投影为圆形，如图1所示；而开口在石墨烯薄膜G的主平面的投影也为圆形。当然，本实用新型的其它实施例中，凸起结构和凹陷结构在石墨烯薄膜的主平面的投影为矩形，开口在石墨烯薄膜的主平面的投影也为矩形，例如长方形或正方形等；或者，在本实用新型的其它实施例中，开口在石墨烯薄膜的主平面的投影的形状与凸起结构和凹陷结构在石墨烯薄膜的主平面的投影的形状不相同，例如，开口的投影形状为圆形，而凹陷结构和凸起结构的投影形状为正方形等。

再次参阅图1，每行中，凸起结构T在主平面的投影轮廓与凹陷结构A在主平面的投影轮廓相切。当然，在本实用新型的其它实施例中，每行中，凸起结构T在主平面的投影轮廓与凹陷结构A在主平面的投影轮廓之间也可以具有一定的间隔，例如呈等间距排布。

本实施例的微空腔结构的开口在主平面的投影轮廓被微空腔结构的其它区域在主平面的投影轮廓中的最大轮廓所包围，简言之，凸起结构为"上宽下窄"型，凹陷结构为"下宽上窄"型。

本实施例中，微空腔结构可以为被开口所截的球体，或者形成微空腔结构的凸起结构包括上层结构和与之相连的下层结构，上层结构具有平坦表面(如图4所示)或弧形表面(如图3所示)，下层结构为倾斜侧壁，倾斜侧壁由下向上逐渐向外倾斜；并且，凹陷结构为凸起结构的倒置。

请参阅图2，凸起结构T1和凹陷结构A1均为分别被开口T1K和A1K所截的球体；凸起结构T1形成了微空腔结构Q11，凹陷结构A1形成了微空腔结构Q12。例如，该石墨烯薄膜中的被开口所截球体的凸起结构和凹陷结构的制备可以但不限于包括：首先，将制备好的石墨烯薄膜转移至一基底上，然后采用冲压等机械制造工艺制备出具有凹陷结构A1的石墨烯薄膜；同时，可以采用倒模、浇注、脱模等现有材料成型工艺来制备出具有凸起结构T1的基底，例如，首先在基底中采用倒模制备出凸起结构的倒置沟槽，再在倒置沟槽中浇注材料，然后将基底倒置过来与具有凹陷结构A1的石墨烯薄膜相键合，使凸起结构A1设置于石墨烯薄膜相应位置；再经脱模工艺去除基底，使凸起结构T1暴露出来，从而形成于石墨烯薄膜上。

请参阅图3，形成微空腔结构Q21的凸起结构T2包括上层结构和与之相连的下层结构，上层结构具有弧形表面，下层结构为倾斜侧壁，倾斜侧壁由下向上逐渐向外倾斜；凸起结构T2的底部具有开口T2K；而凹陷结构A2为凸起结构T2的倒置，凹陷结构A2具有微空腔结构Q22，凹陷结构A2的底部具有开口A2K。例如，该石墨烯薄膜中的凸起结构T2和凹陷结构A2的制备可以但不限于包括：首先，将制备好的石墨烯薄膜转移至一基底上，然后采用冲压等机械制造工艺制备出具有凹陷结构A2的石墨烯薄膜；同时，可以采用倒模、浇注、脱模等现有材料成型工艺来制备出具有凸起结构T2的基底，例如，首先在基底中采用倒模制备出凸起结构的倒置沟槽，再在倒置沟槽中浇注材料，然后将基底倒置过来与具有凹陷结构A2的石墨烯薄膜相键合，使凸起结构A2设置于石墨烯薄膜相应位置；再经脱模工艺去除基底，使凸起结构T2暴露出来，从而形成于石墨烯薄膜上。

请参阅图4，形成微空腔结构Q31的凸起结构T3包括上层结构和与之相连的下层结构，上层结构具有平坦表面，下层结构为倾斜侧壁，倾斜侧壁由下向上逐渐向外倾斜；凸起结构T3的底部具有开口T3K；而凹陷结构A3为凸起结构T3的倒置，凹陷结构A3具有微空腔结构Q32，凹陷结构A3的底部具有开口A3K。例如，该石墨烯薄膜中的被开口所截球体的凸起结构T3和凹陷结构A3的制备可以但不限于包括：首先，将制备好的石墨烯薄膜转移至一基底上，然后采用冲压等机械制造工艺制备出具有凹陷结构A3的石墨烯薄膜；同时，可以采用倒模、浇注、脱模等现有材料成型工艺来制备出具有凸起结构T3的基底，例如，首先在基底中采用倒模制备出凸起结构的倒置沟槽，再在倒置沟槽中浇注材料，然后将基底倒置过来与具有凹陷结构A3的石墨烯薄膜相键合，使凸起结构A3设置于石墨烯薄膜相应位置；再经脱模工艺去除基底，使凸起结构T3暴露出来，从而形成于石墨烯薄膜上。

此外，本实施例中，凸起结构T的开口所在平面和/或凹陷结构A的开口所在平面与石墨烯薄膜G的主平面所在平面可以相同，也可以不相同。

凸起结构T的开口所在平面和/或凹陷结构A的开口所在平面与石墨烯薄膜G的主平面所在平面可以相同的情况请再次参阅图2～4，图中箭头所指为石墨烯薄膜G的主平面所在平面；图2中，凸起结构T1的开口T1K所在平面和凹陷结构A1的开口A1K所在平面相同，也均位于石墨烯薄膜G的主平面所在平面。图3中，凸起结构T2的开口T2K所在平面和凹陷结构A2的开口A2K所在平面相同，也均位于石墨烯薄膜G的主平面所在平面。图4中，凸起结构T3的开口T3K所在平面和凹陷结构A3的开口A3K所在平面相同，也均位于石墨烯薄膜G的主平面所在平面。

凸起结构T的开口所在平面和/或凹陷结构A的开口所在平面与石墨烯薄膜G的主平面所在平面可以不相同的情况请参阅图5～图10，其中图5～7为石墨烯薄膜的主平面高于凸起结构的开口和凹陷结构的开口的示例，此时石墨烯薄膜G的主平面与凸起结构顶部相齐平；图8～10为石墨烯薄膜的主平面低于凸起结构的开口和凹陷结构的开口的示例，此时石墨烯薄膜G的主平面与凹陷结构的底部相齐平。

本实用新型中，开口在主平面的投影轮廓的尺寸和上述的最大轮廓的尺寸均为纳米级，较佳的，开口的轮廓的尺寸为上述最大轮廓的尺寸的1/5～1。这里所说的尺寸包含直径、长、宽等尺寸数据。本实施例中，凸起结构和凹陷结构在主平面的投影轮廓均为圆形，开口在主平面的投影轮廓的直径和上述的最大轮廓的直径均为纳米级，较佳的，本实用新型的微空腔结构的各类尺寸为纳米级，开口的轮廓的直径可以为1～100nm，最大轮廓的直径可以大于1nm且小于200nm；这里，开口的投影轮廓的直径可以为最大轮廓的直径的4/5。

本实用新型中，微空腔结构的高度为纳米级，微空腔结构的高度为开口的尺寸的1/4～1，这里所说的尺寸包含直径、长、宽等尺寸数据。这样，微空腔结构的开口窄且微空腔结构的其它区域宽，微空腔结构整体为扁型，一则小的深宽比在制备时具有大工艺窗口而易于制备，二则形状较扁的微空腔结构能够提高横向受力接触面积，而且在微空腔结构顶部受力时，微空腔结构侧壁能够给予更加良好的固定和支撑；三则降低整个石墨烯薄膜的高度。

本实施例中，在微空腔结构内壁形成有金属化合物半导体纳米薄膜。半导体纳米薄膜可以由金属化合物的纳米线阵列构成，半导体纳米薄膜可以为钛合金纳米薄膜和/或锌合金纳米薄膜，较佳的，钛合金纳米薄膜的材料为TiOx，x为正数；锌合金纳米薄膜为ZnO纳米薄膜。本实施例中，半导体纳米薄膜的厚度与开口的轮廓尺寸的比例不大于1:3，从而使得半导体纳米薄膜不会破坏微空腔结构。较佳的，石墨烯薄膜可以为单原子层厚度的石墨烯薄膜，单原子层石墨烯薄膜具有更高强度和透明性，能够得到更加广泛的应用。需要说明的是，本实用新型的其它实施例中，在石墨烯薄膜的上表面和/或下表面都可以形成金属化合物半导体纳米薄膜。

在本实施例中，石墨烯薄膜上表面和/或下表面还可以具有金属纳米薄膜；则上述的金属化合物半导体纳米薄膜仅在微空腔结构内壁的金属纳米薄膜的表面上形成；和/或整个石墨烯薄膜上表面的金属纳米薄膜和/或整个石墨烯薄膜下表面的金属纳米薄膜上形成有金属化合物半导体纳米薄膜。金属纳米薄膜的材料可以为铜或镍。

请参阅图11，本实施例的石墨烯薄膜的制备方法，以制备上述图4中的具有凸起结构和凹陷结构的石墨烯薄膜为例进行说明，其包括：

步骤01：请参阅图12，采用光刻和刻蚀工艺，制备出具有凸起结构T和/或凹陷结构A的牺牲层衬底101；

具体的，本实施例中，在牺牲层衬底101上形成凸起结构T和凹陷结构A的过程，可以采用逐层具体包括：

步骤011：制备光刻版图；

这里，本实施例中版图图形中，微空腔结构的图形呈阵列排布，相邻行的微空腔结构的图形相间设置，且其中一行的微空腔结构图形的一个边缘与其相间设置的另一行的微空腔结构图形的一个边缘位于同一直线上；本实用新型中，版图图形包括凸起结构图形层和/或凹陷结构图形层，本实施例中，版图图形包括凸起结构图形层和凹陷结构图形层；当凸起结构图形层和凹陷结构图形层叠套时，多个凸起结构图形为全等图形，多个凹陷结构图形为全等图形；每行中凸起结构图形和凹陷结构图形相间设置，且相邻行的凸起结构图形之间相间设置，相邻行的凹陷结构图形之间相间设置。

步骤012：采用步骤011的光刻版图，通过光刻和干法刻蚀工艺，在牺牲层中刻蚀出凸起结构和/或凹陷结构。

这里，由于本实施例中同时具有凸起结构和凹陷结构，所以这里，首先，在牺牲层表面涂覆光刻胶，利用凸起结构图形层的版图，经曝光显影，在光刻胶中形成凸起结构图案；然后，采用可以但不限于等离子体刻蚀工艺来刻蚀牺牲层，从而在牺牲层中形成凸起结构；接着，再次涂覆光刻胶，利用凹陷结构图形层的版图，经曝光显影，在光刻胶中形成凹陷结构图案；再采用可以但不限于等离子体刻蚀工艺来刻蚀牺牲层，从而在牺牲层中形成凹陷结构；凸起结构和凹陷结构最终的位置关系和上述光刻版图的图形的位置关系相同。

具体的，以制备图4的石墨烯薄膜所采用的牺牲层衬底为例。请参阅图13～16。首先，请参阅图13，提供一牺牲层衬底101，并且在牺牲层衬底101上表面沉积与牺牲层衬底101的材料不同的牺牲材料层102，并且，采用光刻和刻蚀工艺在牺牲材料层102中刻蚀出凸起结构和凹陷结构之间的形状，由于等离子体干法刻蚀工艺的速率可调节，通常所刻蚀的线条是上大下小的沟槽，所以采用常规工艺就可以刻蚀出倾斜侧壁，从图13中看，倾斜侧壁为两层，因此，可以采用"沉积一层牺牲材料层-光刻和刻蚀该牺牲材料层"依此至少两次循环来得到图13中的结构；然后，请参阅图14，在图13中得到的结构的间隔中再次填充与牺牲层衬底101的材料相同牺牲材料103；接着，请参阅图15，针对牺牲材料层102的材料采用相应的释放工艺来去除牺牲材料层102，并且该释放工艺不会对牺牲层衬底101和牺牲材料103产生腐蚀；然后，请参阅图16，涂覆光刻胶，将图15中的牺牲层衬底最右边缘的牺牲材料103暴露出来，并且对暴露出的牺牲材料103进行刻蚀或采用释放工艺去除牺牲层衬底101最右边缘的牺牲材料103，然后，采用光刻工艺将图15中的牺牲层衬底101最左侧的牺牲材料103的左侧边缘暴露出来；接着，在光刻胶表面以及暴露出的牺牲层衬底101表面沉积一层与牺牲层衬底101的材料相同的牺牲材料104，牺牲材料104的厚度小于牺牲材料103的厚度，为了使凸起结构和凹陷结构的开口与石墨烯薄膜的主平面在同一平面，牺牲材料104的顶部与牺牲材料103倾斜侧壁的下层的顶部齐平。然后，再沉积一层光刻胶并且经光刻工艺掩盖住牺牲材料104且将牺牲材料103上方的前层光刻胶暴露出来，然后采用针对牺牲材料104的材料的释放工艺或刻蚀工艺去除前层光刻胶层上的牺牲材料104，最后，去除所有的光刻胶，即可得到图12所示的结构。当然，为了使凸起结构和凹陷结构的开口高于石墨烯薄膜的主平面，还可以使牺牲材料104的顶部高于牺牲材料103倾斜侧壁的下层的顶部；此外，为了使凸起结构和凹陷结构的开口低于石墨烯薄膜的主平面，还可以使牺牲材料104的顶部低于牺牲材料103倾斜侧壁的下层的顶部，或者就不执行沉积牺牲材料104的步骤即可。然则，对于形成图12中的结构还可以采用其它的常规手段组合来实现，这应当理解为均在本实用新型的范围之内。

步骤02：在牺牲层衬底表面生长一层金属催化剂纳米薄膜；

具体的，金属催化剂纳米薄膜的材料可以为铜或镍；这里可以但不限于采用真空蒸度工艺在形成有凸起结构和凹陷结构的牺牲层衬底表面来沉积一层金属催化剂纳米薄膜；考虑到作为催化剂，而且金属催化剂薄膜不能够过厚，较佳的，金属催化剂纳米薄膜的厚度为1～5nm。这里的金属催化剂纳米薄膜还可作为上述的石墨烯薄膜下表面的金属纳米薄膜，如需该金属催化剂纳米薄膜，则不需要执行步骤05即可。

步骤03：请参阅图17，采用化学气相沉积工艺，在金属催化剂纳米薄膜表面包括凸起结构表面和/或凹陷结构内侧壁表面生长出石墨烯薄膜G；石墨烯薄膜G依附于凸起结构和/或凹陷结构生长，从而使得石墨烯薄膜G形成于牺牲层衬底101相同的具有多个凸起结构和/或凹陷结构；

具体的，化学气相沉积工艺的具体参数可以根据实际需要来调整，这里不作限制。由于石墨烯薄膜依附生长于牺牲层衬底表面，因而，利用保型性原理，石墨烯薄膜中形成凸起结构和凹陷结构，凸起结构和凹陷结构形成了多个一面具有开口的微空腔结构。

此外，本实施例的上述石墨烯薄膜表面还具有金属化合物半导体纳米薄膜，因此，步骤03之后且在步骤04之前，还包括：可以但不限于采用化学气相沉积法或水溶液法在石墨烯薄膜上表面制备金属化合物半导体纳米薄膜；

并且，步骤03之后且在步骤04之前，还可以包括：首先，在石墨烯薄膜上表面制备金属纳米薄膜；然后在金属纳米薄膜上制备金属化合物半导体纳米薄膜。

步骤04：请参参阅图18，采用释放工艺，去除牺牲层衬底；

这里，牺牲层的材料可以为有机材料，例如光刻胶、聚酰亚胺等，也可以为无机材料，如非晶硅材料、氧化硅等；关于牺牲层材料和对应的释放工艺可以采用常规工艺，这是本领域技术人员可以知晓的，在此不再赘述。

这里需要说明的是，考虑到牺牲层衬底在释放去除后导致石墨烯薄膜的寻找困难，可以实现在进行释放工艺之前，如图18所示，在牺牲层衬底的底部和侧壁形成支撑层Z，该支撑层Z不会在任何释放工艺中被释放掉，例如采用氮化硅材料作为支撑层的材料。关于支撑层Z的形成可以在步骤04中，且在释放工艺之前，但是这样可能会对石墨烯薄膜造成一些磨损等破坏，所以，较佳的，应当在步骤01中，在光刻和刻蚀之前，形成底部和侧壁被支撑层Z包围的牺牲层衬底。这样，当本步骤04的释放工艺结束，牺牲层衬底被去除后，支撑层支撑在石墨烯薄膜G下方，不仅便于定位石墨烯薄膜G，而且同时还在石墨烯薄膜G下方形成了一个大空腔，该结构可以进一步用于制备半导体器件的相关工艺中。

此外，步骤01～04还可以用于制备上表面和/或下表面具有金属纳米薄膜的上述的石墨烯薄膜。

步骤05：请参阅图19，采用分离技术，将金属催化剂纳米薄膜与石墨烯薄膜分离开来，得到石墨烯薄膜G。

这里，当采用图18中的支撑层Z时，可以将支撑层Z去除。然后直接采用机械剥离或静电吸附技术可以将金属催化剂纳米薄膜(未示出)与石墨烯薄膜分裂开来。但是，考虑到本实施例一的微空腔结构的开口处较窄，会导致分离不彻底或分离的难度，本实施例进一步可以采用如下分离技术：首先，请参阅图20，通过施加光照、湿度、温度和/或酸碱度使石墨烯薄膜G发生拉伸变形，得到石墨烯薄膜G'。当然关于石墨烯薄膜G的拉伸变形可能不会像图20中那么均匀，这里只是示意变形的趋势，同时，此时采用静电吸附技术或机械剥离将金属纳米薄膜(未示出)与石墨烯薄膜G分离开来，上述变形使得这种分裂操作会更加容易；然后，请参阅图21，停止施加光照、湿度、温度和/或酸碱度使石墨烯薄膜G发生收缩回复原状，当然，实际中石墨烯薄膜G恢复原状的尺寸可能有些与变形前的尺寸略有变化，但是石墨烯薄膜G的凸起结构和凹陷结构的基本形状和位置关系与变形前一致，可近似为变形前的石墨烯薄膜G。这里，光照可以为红外激光照射；光照、湿度、温度和/或酸碱度的具体参数可以根据实际工艺来确定，这里不做限制。

本实施例中，在步骤05之后，还可以包括：在石墨烯薄膜下表面或者仅在微空腔结构内壁制备金属化合物半导体纳米薄膜；例如，首先将石墨烯薄膜置于另一衬底上，然后制备金属化合物半导体纳米薄膜，在石墨烯薄膜下表面制备金属化合物半导体纳米薄膜的工艺可以采用现有技术这里不再赘述。

仅在微空腔结构内壁制备金属化合物半导体纳米薄膜可以包括：

首先，制备光刻版；光刻版图形包括石墨烯薄膜的凸起结构光刻版和凹陷结构光刻版；

然后，在凸起结构的微空腔结构内壁制备金属化合物半导体纳米薄膜，包括：请参阅图22，将石墨烯薄膜倒置转移至一衬底上；在倒置的石墨烯薄膜G上形成一层光刻胶R1；利用凸起结构光刻版刻蚀光刻胶，在光刻胶R1中形成凸起结构图案，从而将倒置的凸起结构TT暴露出来；然后，采用溶液法在倒置的凸起结构TT的微空腔结构内壁生长出金属化合物半导体纳米薄膜(未示出)；

在凹陷结构的微空腔结构内壁制备金属化合物半导体纳米薄膜，包括：请参阅图23，将石墨烯薄膜转移至一衬底301上；在石墨烯薄膜上形成一层光刻胶R2；利用凹陷结构光刻版刻蚀光刻胶，在光刻胶R2中形成凹陷结构图案，从而将凹陷结构A暴露出来；然后，采用溶液法在凹陷结构A的微空腔结构内壁生长出金属化合物半导体纳米薄膜。

这里需要说明的是，本实施例中，可以取消步骤03和步骤04的在石墨烯薄膜上表面制备金属化合物半导体纳米薄膜；而是在步骤05之后，在石墨烯薄膜表面包括上表面和下表面来制备出金属化合物半导体纳米薄膜或者仅在微空腔结构内壁制备金属化合物半导体纳米薄膜。

还需要说明的是，本实施例中，石墨烯薄膜具有凸起结构和凹陷结构，在本实用新型的其它实施例中，石墨烯薄膜只具有凸起结构，或者只具有凹陷结构，关于只具有凸起结构的石墨烯薄膜的制备同理可以参照本实施例的制备方法，关于只具有凹陷结构的石墨烯薄膜的制备同理可以参照本实施例的制备方法，这里不再赘述。

实施例二

本实施例二的石墨烯薄膜与上述实施例一的石墨烯薄膜的区别在于：如图24所示，凸起结构T'和/或凹陷结构A'在主平面的投影轮廓为矩形，开口在主平面的投影轮廓为矩形。矩形可以为长方形或正方形。此外，凸起结构T'和凹陷结构A'相间设置，可以等间距设置，也可以设置凸起结构T'的开口和凹陷结构A'的开口在界面处相接触，凸起结构T'的开口的边缘和凹陷结构A'的开口法边缘重合或相切。

本实施例二与上述实施例一的区别还在于，微空腔结构的开口在主平面的投影轮廓包围微空腔结构的其它区域在主平面的投影轮廓，即凸起结构的微空腔结构为“上窄下宽”，凹陷结构的微空腔结构为“上宽下窄”。请参阅图25～27，以凸起结构T'和凹陷结构A'等间距设置为例。

请参阅图25，凸起结构T1'和凹陷结构A1'均为分别被开口T1K'和A1K'所截的半球体；凸起结构T1'形成了微空腔结构Q11'，凹陷结构A1'形成了微空腔结构Q12'。

请参阅图26，形成微空腔结构Q21'的凸起结构T2'包括上层结构和与之相连的下层结构，上层结构具有弧形表面，下层结构为倾斜侧壁，倾斜侧壁由下向上逐渐向内倾斜；凸起结构T2'的底部具有开口T2K'；而凹陷结构A2'为凸起结构T2'的倒置，凹陷结构A2'具有微空腔结构Q22'，凹陷结构A2'的底部具有开口A2K'。

请参阅图27，形成微空腔结构Q31'的凸起结构T3'包括上层结构和与之相连的下层结构，上层结构具有平坦表面，下层结构为倾斜侧壁，倾斜侧壁由下向上逐渐向外倾斜；凸起结构T3'的底部具有开口T3K'；而凹陷结构A3'为凸起结构T3'的倒置，凹陷结构A3'具有微空腔结构Q32'，凹陷结构A3'的底部具有开口A3K'。

这里的开口的尺寸为纳米级，微空腔结构的高度为纳米级，微空腔结构的高度可以为开口的尺寸的1/4～1。

需要说明的是，实施例二除上述区别之外，其它具体尺寸和关系描述与实施例一相同，可以参照上述实施例一的相关描述，这里不再赘述。

本实施例二的石墨烯薄膜的制备可以参照上述实施例一的制备方法，这里不再赘述。

需要说明的是，本实用新型的上述实施例一和实施例二分别描述了开口被微空腔结构其它区域在主平面的投影轮廓的最大轮廓包围、以及开口包围微空腔结构其它区域在主平面的投影轮廓的情况，然则，本实用新型的其它实施例中，凸起结构和/或凹陷结构还可以为长方体或正方体，那么，开口与微空腔结构其它区域在石墨烯薄膜投影的轮廓重合。

本实用新型的一个较佳实施例中，还提供了一种压力发电器件，采用上述的实施例一和/或二的石墨烯薄膜作为压电转换部件；当外界向石墨烯薄膜的凸起结构和/或凹陷结构施加作用力时，多个微空腔结构发生形变，从而更多的产生电能。并且，上述实施例的凸起结构和凹陷结构的设置，使得各个方向的力都能够作用到石墨烯薄膜上，从而提高了利用率。

本实用新型的一个较佳实施例中，还提供了一种探测器，采用上述的实施例一和/或二的石墨烯薄膜作为探测部件，实现了多点探测和多方向探测，提高了探测精度和灵敏度。

本实用新型的一个较佳实施例中，还提供了一种光催化器件，采用上述的实施例一和/或二的石墨烯薄膜作为光催化部件。

本实用新型的一个较佳实施例中，还提供了一种太阳能电池，采用上述的实施例一和/或二的石墨烯薄膜作为电极或光电转换部件。

本实用新型的一个较佳实施例中，还提供了一种LED器件，采用上述的实施例一和/或二的石墨烯薄膜作为电致发光层或电极层。

本实用新型的一个较佳实施例中，还提供了一种储能电池，采用上述的实施例一和/或二的石墨烯薄膜作为电极层。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本实用新型，本领域的技术人员在不脱离本实用新型精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本实用新型所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。