一種絕緣襯底上生長石墨烯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微納米材料制備領(lǐng)域，特別是涉及一種絕緣襯底上生長石墨烯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是由碳原子緊密堆積構(gòu)成的二維蜂巢狀結(jié)構(gòu)，因為其優(yōu)異的導熱、耐磨和電子輸運特性，在納米電子器件、單分子器件、電器件以及儲能應(yīng)用等諸多方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]目前有多種制備石墨烯的方法，包括碳化硅外延生長法、氧化還原法、化學氣相沉積法(CVD)。其中化學氣相沉積法是可控制備高質(zhì)量、大面積石墨烯薄膜的一種有效方法。但是目前采用化學氣相沉積法制備石墨烯，大部分是在金屬襯底上生長，而在金屬襯底上生長的石墨烯無法直接制作器件。因此有人將生長在金屬襯底上的石墨烯轉(zhuǎn)移在絕緣襯底上。
[0004]然而，在絕緣襯底上生長石墨烯時，一方面，由于在轉(zhuǎn)移過程中存在破壞石墨烯完整性、引入雜質(zhì)離子等問題，使其制備的器件質(zhì)量不高，影響其應(yīng)用化;另一方面，為了同時滿足器件的需要，在制備圖形化石墨烯時，一般要采用掩模版或光刻的方法，不僅制作工藝繁瑣，而且耗時也比較長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是要提供一種絕緣襯底上生長石墨烯的方法，該方法無需掩模版和光刻可以直接在絕緣襯底上生長高質(zhì)量、圖形化的石墨烯。
[0006]特別地，本發(fā)明提供了一種絕緣襯底上生長石墨烯的方法，通過在絕緣襯底上依靠微顆粒生長出石墨烯，具體步驟包括:
[0007]步驟1、選取絕緣襯底并對所述絕緣襯底進行清洗；
[0008]步驟2、在清洗后的絕緣襯底上分散擺放微顆粒；
[0009]步驟3、把擺放微顆粒的絕緣襯底放置在熱燈絲化學氣相沉積系統(tǒng)中，生長制備出石墨稀;
[0010]步驟4、去除生長制備出石墨烯的絕緣襯底上的微顆粒，以獲得生長在所述絕緣襯底與所述微顆粒接觸處的石墨烯。
[0011]可選地，所述石墨烯的生長過程具體包括按序進行的第一階段和第二階段，其中，所述第一階段具體包括:通入預定量的氫氣或氫氣和甲烷氣體，生長預定時間;所述第二階段具體包括:通入預定量的氫氣、甲烷以及硼摻雜氫氣氣體，生長預定時間。
[0012 ]可選地，所述第一階段中通入所述氫氣和所述甲烷氣體，其中，所述氫氣和所述甲烷氣體的體積比為100:4，生長時間為30分鐘。
[0013]可選地，所述第一階段中通入所述氫氣lOOsccm，生長時間為20分鐘。
[0014]可選地，所述第二階段中通入的所述氫氣、所述甲烷以及所述硼摻雜氫氣氣體的體積比為10: 4:4，生長時間為1.5小時。
[0015]可選地，所述硼摻雜氫氣氣體采用氫氣攜帶有機液體硼源、氫氣攜帶固態(tài)硼源或注入硼離子中的一種。
[0016]可選地，所述熱燈絲的溫度為1300°C，通過調(diào)節(jié)所述熱燈絲與所述絕緣襯底之間的距離，使所述絕緣襯底溫度保持在900 °C左右，反應(yīng)氣壓控制為4kpa。
[0017]可選地，所述熱燈絲采用鉭絲或鎢絲。
[0018]可選地，所述步驟4具體通過聚焦離子束的探針、鑷子去除所述微顆?；蛑苯诱饎尤コ鑫㈩w粒。
[0019]可選地，所述絕緣襯底采用二氧化硅襯底、硅襯底或石英襯底中的一種，所述微顆粒為金剛石微顆粒。
[0020]本發(fā)明的絕緣襯底上生長石墨烯的方法，通過直接在絕緣襯底上依靠微顆粒生長石墨烯，避免了在金屬襯底上生長的石墨烯在轉(zhuǎn)移到絕緣襯底上的過程中所造成的破壞石墨烯完整性的問題，并且本發(fā)明的生長石墨烯的方法不會引入雜質(zhì)離子，保證了石墨烯的高質(zhì)量。本發(fā)明的生長石墨烯的方法，在分散擺放微顆粒時根據(jù)需要將微顆粒擺放成不同的圖形，使得生長出的石墨烯形成相應(yīng)的圖形。因此，本發(fā)明的絕緣襯底上生長石墨烯的方法，工藝難度較低、耗時較少、無需掩模板和光刻即可直接在絕緣襯底上生長出高質(zhì)量的、圖形化的石墨烯，為石墨烯器件的應(yīng)用提供了有效的方法與途徑。
[0021]根據(jù)下文結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例的詳細描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點和特征。
【附圖說明】
[0022]后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本發(fā)明的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中:
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的絕緣襯底上生長石墨烯的方法的工藝流程圖；
[0024]圖2是絕緣襯底和微顆粒在熱燈絲化學氣相沉積系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是金剛石微顆粒的掃描電鏡圖；
[0026]圖4是通過圖1所示方法制得的石墨烯的光學圖；
[0027]圖5是對圖4所示石墨烯進行電化學原位拉曼光譜法檢測的拉曼圖。
【具體實施方式】
[0028]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的絕緣襯底11上生長石墨烯4的方法工藝流程圖。參見圖1，本發(fā)明提供了一種絕緣襯底11上生長石墨烯4的方法，通過在絕緣襯底11上依靠微顆粒3生長出石墨烯4，具體步驟包括:
[0029]步驟S1、選取絕緣襯底11并對所述絕緣襯底11進行清洗；
[0030]步驟S2、在清洗后的絕緣襯底11上分散擺放微顆粒3;
[0031]步驟S3、把擺放微顆粒3的絕緣襯底11放置在熱燈絲化學氣相沉積系統(tǒng)中，生長制備出石墨烯4;
[0032]步驟S4、去除生長制備出石墨烯4的絕緣襯底11上的微顆粒3，以獲得生長在所述絕緣襯底11與所述微顆粒3接觸處的石墨烯4。
[0033]本發(fā)明的絕緣襯底11上生長石墨烯4的方法，通過直接在絕緣襯底11上依靠微顆粒3生長石墨烯4，避免了在金屬襯底上生長的石墨烯4在轉(zhuǎn)移到絕緣襯底11上的過程中所造成的破壞石墨烯4完整性的問題，并且本發(fā)明的生長石墨烯4的方法不會引入雜質(zhì)離子，保證了石墨烯4的高質(zhì)量。本發(fā)明的生長石墨烯4的方法，在分散擺放微顆粒3時根據(jù)需要將微顆粒3擺放成不同的圖形，使得生長出的石墨烯4形成相應(yīng)的圖形。因此，本發(fā)明的絕緣襯底11上生長石墨烯4的方法，工藝難度較低、耗時較少、無需掩模板和光刻即可直接在絕緣襯底11上生長出高質(zhì)量的、圖形化的石墨烯4，為石墨烯器件的應(yīng)用提供了有效的方法與途徑。
[0034]在步驟SI中，選取合適的絕緣襯底11，絕緣襯底11可以為二氧化硅襯底、硅襯底或石英襯底中的一種。參見圖la，絕緣襯底11還可以選用非絕緣襯底I，并在所述非絕緣襯底I上增加絕緣層2以構(gòu)成絕緣襯底U。絕緣襯底11的清洗具體包括:依次采用丙酮、乙醇、去離子水依次對所述絕緣襯底11進行超聲清洗，然后采用氮氣槍吹干襯底以去除水汽。
[0035]在步驟S2中，采用鑷子在清洗后的絕緣襯底11上分散擺放微顆粒3。可以根據(jù)需要來擺放微顆粒3的位置，如將金剛石擺放成周期性點陣的形式。圖3是