专利名称：一种超声波辅助石墨烯去胶的方法
技术领域：
本发明属于半导体材料制备技术领域，尤其涉及一种超声波辅助石墨烯去胶的方法。
背景技术：
随着集成电路的发展，目前硅(Si)基器件的关键尺寸已经达到理论和技术极限，量子效应已经成为主要机制，传统的基于扩散-漂移理论的Si基器件受到物理和技术双重限制，无法继续承担延续摩尔定律的重任，因此，必须寻找新一代基础半导体材料，发展新的理论和器件模型，以满足集成电路继续发展的需要。石墨烯是一种碳基二维晶体，是目前已知最轻最薄的材料，其厚度仅为原子尺度，具有极其优异的物理化学性质，比如载流子迁移率的理论估计超过200000(^2^1 s—1，是Si的数百倍；机械性能很高，杨氏模量约1000GP ;具有极高的比表面积和极好的气敏特性，极高的透明性和柔韧性，而且它与衬底不存在失配问题，可以与Si基器件工艺完全兼容，具有突出的产业优势。因此，石墨烯的出现为产业界和科技界带来曙光，它是最被看好的替代Si成为下一代基础半导体的新材料。目前制备大面积石墨烯的方法有多种，其中过渡族金属催化化学气相沉积(CVD)被认为是最有希望实现大面积石墨烯可控外延的技术之一。CVD基于过渡族金属催化和金属-碳的固溶-析出-重构机制，不受衬底面积限制，可以制备超大面积的石墨烯，但需要通过物理、化学过程将石墨烯转移到适当的衬底上。在此转移过程中会引入杂质缺陷，特别是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶，难以保证石墨烯的洁净度。这会导致石墨烯材料品质降低，以及器件性能退化。目前普遍采用的去胶方法是将石墨烯放在丙酮中进行漂洗，但这种静态过程不能有效地去除附着在石墨烯表面的体积较大的PMMA残胶团块，且耗时较长，效率很低；而利用工具对石墨烯表面施加机械力进行去胶又会破坏石墨烯材料的完整性，引入新的缺陷。另外还可以对石墨烯在氢气气氛下进行退火处理，但高温会导致衬底对石墨烯的掺杂，降低石墨烯的质量。超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。超声波清洗具有清洁度好、均一性高等特点，广泛用于各种复杂、精密的零部件清洗。采用超声波辅助清洗技术进行石墨烯去胶，可以有效地克服上述技术的不足。也即将石墨烯浸泡在丙酮中进行超声波清洗，利用超声波加速残胶与石墨烯表面的分离并加速其在丙酮中的溶解。但是，为得到质量良好的石墨烯，必须严格控制超声波清洗的时间、功率，主要原因在于(1)如果功率过小或者时间过短，达不到清洗效果；(2)如果功率过大或者时间过长，会在去除残胶的同时破坏石墨烯与衬底间的分子键，造成石墨烯的损伤，引入新的缺陷。
发明内容
本发明提供了一种超声波辅助石墨烯去胶的方法，旨在解决现有技术提供的石墨烯去胶的方法，去胶不彻底、易造成石墨烯损伤，难以保证石墨烯的洁净度，石墨烯材料品质较低，较易引起器件性能的退化，同时石墨烯去胶过程耗时较长，效率很低的问题。本发明的目的在于提供一种超声波辅助石墨烯去胶的方法，该方法包括如下步骤步骤一，将化学气相沉积方法生长在铜箔上的石墨烯用PMMA进行甩胶、烘干；步骤二，用FeCl3溶液腐蚀下方铜箔；步骤三，将PMMA定型的石墨烯转移至S1-SiO2衬底上；步骤四，将石墨烯样品放入超声波发生器进行超声波处理；步骤五，注入分析纯的丙酮，启动超声波发生器进行清洗；步骤六，清洗结束后取出样品，依次在无水乙醇中漂洗、去离子水中冲洗；步骤七，将样品用氮气吹干保存。进一步，在步骤四中，将石墨烯样品放入超声波发生器进行超声波处理时，调节功率至 10-300W，时间 2-10min。进一步，超声波处理的功率为1(T300W。进一步，在步骤六中，在无水乙醇中漂洗的时间为2 20min。进一步，在步骤六中，在去离子水中冲洗的时间为2 20min。
本发明公开了一种超声波辅助石墨烯去胶的方法，将化学气相沉积方法生长在铜箔上的石墨烯用PMMA进行甩胶、烘干；用FeCl3溶液腐蚀下方铜箔JfPMMA定型的石墨烯转移至S1-SiO2衬底上；将石墨烯样品放入超声波发生器，调节功率10-300W，时间2-10min ;注入分析纯的丙酮，启动超声波发生器进行清洗；清洗结束后取出样品，在无水乙醇中漂洗2 20min，再用去离子水冲洗2 20min ;将样品用氮气吹干保存；该方法有效地加速了 PMMA残胶的溶解，改善了石墨烯表面的清洁度；避免了高温退火引起衬底对石墨烯的惨杂；合适的超声功率及处理时间防止了对石墨稀的破损，节约时间，提闻了石墨稀的制备效率，实用性强，具有较强的推广与应用价值。
图1是本发明实施例提供的超声波辅助石墨烯去胶的方法的流程示意图；图2是本发明实施例提供的超声波辅助石墨烯去胶时的结构示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。图1示出了本发明实施例提供的超声波辅助石墨烯去胶的方法的实现流程，本发明的目的在于提供一种超声波辅助石墨烯去胶的方法，该方法包括如下步骤步骤一，将化学气相沉积方法生长在铜箔上的石墨烯用PMMA进行甩胶、烘干；步骤二，用FeCl3溶液腐蚀下方铜箔；步骤三，将PMMA定型的石墨烯转移至S1-SiO2衬底上；步骤四，将石墨烯样品放入超声波发生器进行超声波处理；
步骤五，注入分析纯的丙酮，启动超声波发生器进行清洗；步骤六，清洗结束后取出样品，依次在无水乙醇中漂洗、去离子水中冲洗；步骤七，将样品用氮气吹干保存。图2示出了本发明实施例提供的超声波辅助石墨烯去胶时的结构。为了便于说明，仅不出了与本发明相关的部分。在本发明实施例中，在步骤四中，将石墨烯样品放入超声波发生器进行超声波处理时，调节功率至10-300W，时间2-10min。在本发明实施例中，超声波处理的功率为1(T300W。在本发明实施例中，在 步骤六中，在无水乙醇中漂洗的时间为2 20min。在本发明实施例中，在步骤六中，在去离子水中冲洗的时间为2 20min。下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。本发明的目的在于克服上述现有石墨烯去胶技术的不足，提出一种基于超声波辅助清洗的化学气相外延石墨烯有机残胶去除方法，以提高石墨烯的质量。实现本发明目的技术关键是采用超声波辅助清洗的方式，去除S1-SiOJi底上石墨稀表面的PMMA残I父；通过调节超声波的功率、时间，提闻石墨稀的质量。其实现步骤包括如下(I)将化学气相沉积方法生长在铜箔上的石墨烯用PMMA进行甩胶、烘干；(2)用FeCl3溶液腐蚀下方铜箔；(3)将PMMA定型的石墨烯转移至S1-SiO2衬底上；(4)将所述石墨烯样品放入超声波发生器，调节功率10-300W，时间2_10min ；(5)注入分析纯的丙酮，启动超声波发生器进行清洗；(6)清洗结束，取出样品，在无水乙醇中漂洗2 20min，再用去离子水冲洗2 20min ；(7)将样品用氮气吹干保存。为实现上述方法，需要功率可调的超声波清洗器一台、分析纯的丙酮、分析纯的无水乙醇、去离子水、FeCl3溶液和石墨烯样品。用上述方法获得的石墨烯，超声波有效地加速了 PMMA残胶与石墨烯的分离，改善了石墨稀表面的清洁度；合适的超声功率、时间没有导致石墨稀的破损；节约时间，提闻了石墨烯的制备效率。参照图1，本发明给出如下三种实施例。实施例1 :(I)将化学气相沉积方法生长在铜箔上的石墨烯用PMMA进行甩胶、烘干；(2)用FeCl3溶液腐蚀下方铜箔；(3)将PMMA定型的石墨烯转移至S1-SiO2衬底上；(4)将所述石墨烯样品放入超声波发生器，调节功率10W，时间2min ；(5)注入分析纯的丙酮，启动超声波发生器进行清洗；(6)清洗结束，取出样品，在无水乙醇中漂洗2min，再用去离子水冲洗2min ；(7)将样品用氮气吹干保存。实施例2
(I)将化学气相沉积方法生长在铜箔上的石墨烯用PMMA进行甩胶、烘干；(2)用FeCl3溶液腐蚀下方铜箔；(3)将PMMA定型的石墨烯转移至S1-SiO2衬底上；(4)将所述石墨烯样品放入超声波发生器，调节功率300W，时间IOmin ；(5)注入分析纯的丙酮，启动超声波发生器进行清洗；(6)清洗结束，取出样品，在无水乙醇中漂洗20min，再用去离子水冲洗20min ；(7)将样品用氮气吹干保存。实施例3 (I)将化学气相沉积方法生长在铜箔上的石墨烯用PMMA进行甩胶、烘干；(2)用FeCl3溶液腐蚀下方铜箔；(3)将PMMA定型的石墨烯转移至S1-SiO2衬底上；
(4)将所述石墨烯样品放入超声波发生器，调节功率60W，时间6min ；(5)注入分析纯的丙酮，启动超声波发生器进行清洗；(6)清洗结束，取出样品，在无水乙醇中漂洗lOmin，再用去离子水冲洗IOmin ；(7)将样品用氮气吹干保存。本发明公开了一种用于清洗石墨烯的超声波辅助去胶方法，主要解决现有技术去胶不彻底、易造成石墨烯损伤、效率低下的问题。它包括如下步骤(I)将化学气相沉积方法生长在铜箔上的石墨烯用PMMA进行甩胶、烘干；(2)用FeCl3溶液腐蚀下方铜箔；(3)将PMMA定型的石墨烯转移至S1-SiO2衬底上；(4)将所述石墨烯样品放入超声波发生器，调节功率10-300W，时间2-10min ；(5)注入分析纯的丙酮，启动超声波发生器进行清洗；(6)清洗结束，取出样品，在无水乙醇中漂洗2 20min，再用去离子水冲洗2 20min ; (7)将样品用氮气吹干保存。本发明有效地加速了 PMMA残胶的溶解，改善了石墨烯表面的清洁度；避免高温退火引起衬底对石墨稀的惨杂；合适的超声功率、时间没有导致石墨稀的破损；节约时间，提闻了石墨稀的制备效率。本发明具有如下优点1.本发明由于使用超声波清洗辅助除去PMMA残胶，有效地清除了石墨烯表面附着的难溶块状残胶，提高了石墨烯表面的清洁度，改善了石墨烯的质量。2.本发明由于使用超声波清洗辅助除去PMMA残胶，通过控制超声波的功率、时间，保护石墨烯不受影响，避免引入新的缺陷和掺杂。3.本发明由于使用超声波清洗辅助除去PMMA残胶，省去了传统方法中用丙酮静态浸泡24小时以上的去胶环节，提高了石墨烯的制备效率。4.本发明在常温下进行，避免了高温退火引起的石墨烯对衬底的掺杂效应。本发明实施例提供了一种超声波辅助石墨烯去胶的方法，将化学气相沉积方法生长在铜箔上的石墨烯用PMMA进行甩胶、烘干；用FeCl3溶液腐蚀下方铜箔；将PMMA定型的石墨烯转移至S1-SiO2衬底上；将石墨烯样品放入超声波发生器，调节功率10-300W，时间2-10min ;注入分析纯的丙酮，启动超声波发生器进行清洗；清洗结束后取出样品，在无水乙醇中漂洗2 20min，再用去离子水冲洗2 20min ;将样品用氮气吹干保存；该方法有效地加速了 PMMA残胶的溶解，改善了石墨烯表面的清洁度；避免了高温退火引起衬底对石墨烯的惨杂；合适的超声功率及处理时间防止了对石墨稀的破损，节约时间，提闻了石墨稀的制备效率，实用性强，具有较强的推广与应用价值。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等·，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种超声波辅助石墨烯去胶的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤 步骤一，将化学气相沉积方法生长在铜箔上的石墨烯用PMMA进行甩胶、烘干； 步骤二，用FeCl3溶液腐蚀下方铜箔； 步骤三，将PMMA定型的石墨烯转移至S1-SiO2衬底上； 步骤四，将石墨烯样品放入超声波发生器进行超声波处理； 步骤五，注入分析纯的丙酮，启动超声波发生器进行清洗； 步骤六，清洗结束后取出样品，依次在无水乙醇中漂洗、去离子水中冲洗； 步骤七，将样品用氮气吹干保存。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤四中，将石墨烯样品放入超声波发生器进行超声波处理时，调节功率至10-300W，时间2-10min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，超声波处理的功率为1(T300W。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤六中，在无水乙醇中漂洗的时间为2 20mino
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤六中，在去离子水中冲洗的时间为2 20mino
全文摘要
本发明公开了一种超声波辅助石墨烯去胶的方法，将化学气相沉积方法生长在铜箔上的石墨烯用PMMA进行甩胶、烘干；用FeCl3溶液腐蚀下方铜箔；将PMMA定型的石墨烯转移至Si-SiO2衬底上；将石墨烯样品放入超声波发生器进行超声波处理；注入分析纯的丙酮，启动超声波发生器进行清洗；清洗结束后取出样品，在无水乙醇中漂洗2~20min，再用去离子水冲洗2~20min；将样品用氮气吹干保存；该方法有效地加速了PMMA残胶的溶解，改善了石墨烯表面的清洁度；避免了高温退火引起衬底对石墨烯的掺杂；合适的超声功率及处理时间防止了对石墨烯的破损，节约时间，提高了石墨烯的制备效率，具有较强的推广与应用价值。
文档编号H01L21/02GK103065940SQ20121059395
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者韩砀, 王东, 宁静, 闫景东, 柴正, 张进成, 郝跃 申请人:西安电子科技大学