CN114956062A - 单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法,包括:在直接生长于生长基底上的单晶晶圆石墨烯薄膜表面依次形成萜类小分子层、辅助支撑层并贴合热释放胶带,得到复合层;采用鼓泡剥离法将生长基底分离;待复合层干燥后,将其贴合到目标衬底;以及除去复合层中的热释放胶带和各胶层。本发明的单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法,通过构筑“热释放胶带/辅助支撑层辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜/生长基底”的分层结构,基于鼓泡剥离法可以在数分钟之内与生长基底剥离,可以避免鼓泡过程对晶圆石墨烯薄膜的损坏;并且鼓泡剥离法不会损伤生长基底,生长基底可重复使用,可大幅降低生产成本。本发明的转移方法兼容石墨烯的层层转移。
Description
技术领域
本发明属于碳材料领域,具体涉及一种单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法。
背景技术
通过化学气相沉积法(CVD)制备的英寸级单晶晶圆石墨烯是理想的电子学材料,且与半导体加工工艺兼容。但是CVD法制备的单晶晶圆石墨烯往往生长在金属生长基底上,并不能直接应用于电子器件,需要将单晶晶圆石墨烯薄膜转移到SiO2/Si、蓝宝石等重要生长基底上。
目前,针对晶圆石墨烯的转移方法鲜有报道。常用的基于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)辅助支撑的刻蚀生长基底转移法以牺牲单晶晶圆生长基底为代价,无法回收再利用;且刻蚀过程长达12小时,效率低下。
传统的铜箔石墨烯转移方法刻蚀法和鼓泡法,也都不适合晶圆石墨烯的转移。晶圆石墨烯结构为蓝宝石上磁控溅射一层很薄的单晶铜或合金,并在单晶铜或合金上生长一层石墨烯。晶圆石墨烯的品质相对于铜箔石墨烯更高,其有单晶、单层率高、无褶皱的优点,如晶圆石墨烯能完整、洁净转移在硅生长基底上并且在其上加工半导体器件,可以达到很高的迁移率。但是晶圆石墨烯相比于铜箔石墨烯造价更加昂贵,如果使用刻蚀法转移,晶圆石墨烯中的单晶铜生长基底会被刻蚀,使得昂贵的单晶铜生长基底无法得到回收并用于重新生长石墨烯。并且在刻蚀法中铜箔石墨烯中的铜箔可以漂在刻蚀液液面上被刻蚀,而晶圆石墨烯由于自身重量会沉在刻蚀液里被刻蚀。由于水的表面张力影响,刻蚀法容易导致晶圆石墨烯的宏观褶皱,严重影响石墨烯的完整度、均一度和洁净度。鼓泡法可以保留铜生长基底,但传统的鼓泡法并不适用于晶圆石墨烯的转移。其原因在于铜生长基底和石墨烯作用力很强,在水的表面张力作用下在鼓泡过程中极易引起石墨烯破损;并且每转移一片4英寸晶圆石墨烯,要花30分钟左右的时间,转移效率低下。
需注意的是,前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解,因此它可以包括本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法。
本发明的单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法,包括:在直接生长于生长基底上的单晶晶圆石墨烯薄膜表面形成萜类小分子层,在所述萜类小分子层上形成辅助支撑层,在所述辅助支撑层上贴合热释放胶带,得到热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜/生长基底复合层;采用鼓泡剥离法将所述热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜/生长基底复合层的生长基底与热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜分离;待所得的热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜复合层干燥后,将其贴合到目标衬底;以及加热释放所述热释放胶带后,除去辅助支撑层/萜类小分子层复合层。
根据本发明一实施方式,所述萜类小分子层的厚度50nm~50μm;优选厚度为100nm~1μm;优选,所述萜类小分子层由数均分子量小于100000的萜类小分子制成,更优选为冰片、樟脑中的一种或多种。
根据本发明另一实施方式,所述辅助支撑层厚度为50nm~10μm;优选厚度为100nm~1μm。
根据本发明另一实施方式,通过辊压或真空贴合所述热释放胶带,贴合间隙中没有气泡。
根据本发明另一实施方式,所述鼓泡剥离方法为将所述热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜/生长基底复合层中浸没于氢氧化钠溶液中,所述氢氧化钠的浓度为0.01-5mol/L,以所述生长基底为负极、铂或石墨为阳极,在所述正极和所述负极之间施加1-10V直流电1-10分钟。
根据本发明另一实施方式,所述鼓泡剥离法还包括在鼓泡的同时进行机械剥离,所述机械剥离为从所述生长基底上机械剥离所述热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯复合层,所述剥离速度为0.1cm/s-1cm/s。
根据本发明另一实施方式,所述热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯复合层干燥1-12h后,通过辊压或真空贴合到所述目标衬底;优选,所述热释放胶带的释放温度为100-200℃,释放时间为1-60min。
根据本发明另一实施方式,除去所述辅助支撑层/萜类小分子层复合层包括在100-200℃下热处理15min-3h后,依次用丙酮、丙酮、异丙醇洗涤,所述洗涤时间依次为5min~30min、5min~30min、0.5min~10min;所述丙酮、异丙醇优选为CMOS级、UP级或者HPLC级纯度。
根据本发明另一实施方式,所述单晶晶圆石墨烯薄膜的尺寸为2英寸、4英寸或6英寸。
根据本发明另一实施方式,所述单晶晶圆石墨烯薄膜的层数为1~100层。
本发明的单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法,通过构筑“热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜/生长基底”的分层结构,基于鼓泡剥离法可以在数分钟之内与生长基底剥离,可以避免鼓泡过程对晶圆石墨烯薄膜的损坏;并且鼓泡剥离法不会损伤生长基底,生长基底可重复使用,可大幅降低生产成本。本发明的转移方法,通过干法将晶圆石墨烯薄膜转到到硅片或蓝宝石等目标衬底,可避免晶圆石墨烯和目标衬底之间的水氧掺杂,可以保证转移后晶圆石墨烯薄膜的迁移率不降低。并且,由于萜类小分子与单晶晶圆石墨烯薄膜之间相互作用力弱,且萜类小分子易溶于多种有机溶剂,可容易地将辅助支撑层/萜类小分子层从晶圆石墨烯薄膜表面除去,同时可以避免辅助支撑层在晶圆石墨烯薄膜表面残留,可保证转移的晶圆石墨烯薄膜的清洁性和完整度。本发明的转移方法能够实现大面积晶圆石墨烯的规模转移,兼容2英寸、4英寸、6英寸的晶圆石墨烯的批量转移。本发明的转移方法能够实现晶圆石墨烯的无损转移,完整度大于>90%(“完整度”是指通过光学显微镜照片观察到的破损部分面积除以总面积的结果),相比于传统的电化学鼓泡法,转移后石墨烯的完整度显著提升。本发明的转移方法兼容石墨烯的层层转移,可实现1-100层的均匀晶圆石墨烯的转移。
附图说明
图1为实施例1的晶圆石墨烯转移工艺流程示意图。
图2为实施例1中转移至硅片衬底上的晶圆石墨烯薄膜照片和光学显微镜图像。
图3为实施例1中晶圆石墨烯薄膜的拉曼光谱和原子力显微镜表征。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。
下面结合具体实施例对本发明进一步阐述,但本发明并不局限于下述实施例。
本发明的单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法,包括:在直接生长于生长基底上的单晶晶圆石墨烯薄膜表面形成萜类小分子层,在萜类小分子层上形成辅助支撑层,在辅助支撑层上贴合热释放胶带,得到热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜/生长基底复合层;采用鼓泡剥离法将热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜/生长基底复合层的生长基底与热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜复合层分离;待所得的热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜复合层干燥后,将其贴合到目标衬底;及加热除去释放热释放胶带后,除去辅助支撑层/萜类小分子层复合层。
具体而言,本发明的单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法首先在直接生长于生长基底上的单晶晶圆石墨烯薄膜表面形成萜类小分子层。生长基底可以是任何适用于生长单晶晶圆石墨烯的生长基底,例如但不限于,单晶铜或铜合金。直接生长可以是但不限于化学气相沉积。萜类小分子可以溶解于有机溶剂中形成溶液,然后通过任何适当的涂覆方式在晶圆石墨烯薄膜上形成萜类小分子层。溶解有机小分子的溶剂可以为乙酸乙酯、乳酸乙酯,萜类小分子在溶液的质量浓度可以为1-50wt%之间任何便于涂覆的浓度,优选为10-30wt%。涂覆方式可以是但不限于旋涂,旋涂转速可以为500-3000rpm,优选为5000-2000rpm。一般根据成膜情况可以进行1-3次旋涂,每次旋涂时间可以为30s-5min。本领域技术人员可以根据实际的需要选择适当的溶剂、涂覆方式和涂覆过程的各种参数。萜类小分子层由数均分子量小于100000的萜类小分子制成。优选,萜类小分子选自冰片、樟脑中的一种或多种。萜类小分子层的厚度100nm~50μm。当萜类小分子层的厚度小于100nm时,萜类小分子层与辅助支撑层的隔离效果达不到最佳,对于后续除去辅助支撑层时对减少辅助支撑层中的聚合物对晶圆石墨烯薄膜的污染的影响程度较小,但本领域技术人员应当理解只要在辅助支撑层和晶圆石墨烯薄膜之间设置萜类小分子层即可实现减少辅助支撑层对晶圆石墨烯薄膜的污染,限定厚度不小于100nm仅是为了实现将污染降低到理想标准,并非限定本发明。当萜类小分子层的厚度大于50μm时,除去时容易留下残留影响晶圆石墨烯薄膜的洁净度。优选,萜类小分子层的厚度为500nm~10μm。
随后在萜类小分子层上形成辅助支撑层。辅助支撑层起到提高支撑强度的作用,以方便晶圆石墨烯薄膜的转移。同时后续热释放胶带去除时,辅助支撑层可以保证晶圆石墨烯薄膜的完整性,使得转移的晶圆石墨烯薄膜结构完整、性能优良。辅助支撑层的厚度为100nm~10μm。辅助支撑层的厚度太薄(小于100nm)起不到支撑作用,太厚(大于10μm)则后续去除时容易在晶圆石墨烯薄膜上留下残留而使晶圆石墨烯薄膜达不到洁净度要求,并且辅助支撑层太厚时支撑效果也没有得到明显提高。因此优选,厚度为500nm~5μm。可以由聚甲基丙烯酸甲酯形成辅助支撑层。可以将PMMA溶解于有机溶剂形成溶液后涂覆于萜类小分子层表面形成。涂覆方式可以是任何适当的方式,例如但不限于旋涂,旋涂的转速可以为500-8000rpm,优选为500-2000rpm。一般根据成膜情况可以进行1-3次PMMA的旋涂,旋涂时间可以为30s-5min。涂覆之后可以通过烘烤等方式成膜,烘烤温度可以100-200℃,烘烤时间可以为1-5min。
之后,在辅助支撑层上贴合热释放胶带(TRT)。贴合方式可以是任何适当的方式,例如但不限于,按压贴合、辊压贴合、真空贴合等。通过该步骤之后得到热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜/生长基底复合层。为保证转移后的效果,优选贴合间隙没有气泡。
随后,采用鼓泡剥离法将热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜/生长基底复合层的生长基底与热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜复合层分离。鼓泡剥离方法为将热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜/生长基底复合层中浸没于氢氧化钠溶液中,生长基底为负极、铂或石墨为阳极,在正极和负极之间施加1-10V直流电1-10分钟,优选为3-5V。氢氧化钠的浓度为0.01-5mol/L,优选为0.05-5mol/L,更优选为0.1-2mol/L。在鼓泡过程中,连接正极的生长基底中的金属薄膜会产生氢气气泡,其会降低晶圆石墨烯薄膜与生长基底的作用力,使“热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜”与生长基底易于分离。同时,鼓泡剥离过程不会损伤生长基底,生长基底可以重复使用,从而解决生长成本。鼓泡剥离过程中采用的参数可以根据实际的情况,考虑产生气泡的强度、大小、密度以及电解液对晶圆石墨烯薄膜的腐蚀等因素,选择适当的电压、时间和电解液浓度,上述参数仅是优选的参数,并不意味着其他参数不能实现本发明的目的。
优选,鼓泡剥离同时还可以进行机械剥离,鼓泡剥离过程大大降低热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜复合层与生长基底之间的作用力,同时进行机械剥离不会损伤晶圆石墨烯薄膜,同时可以大大缩短剥离过程。优选,机械剥离的剥离速度为0.1cm/s-1cm/s,以剥离过程不损伤晶圆石墨烯薄膜为原则本领域技术人员可以选择任何适当的剥离速率,例如但不限于,0.1cm/s、0.2cm/s、0.3cm/s、0.4cm/s、0.5cm/s、0.6cm/s、0.7cm/s、0.8cm/s、0.9cm/s、1cm/s等。
完成剥离后的热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜复合层进行清洗,除去复合层中的电解液。可以根据实际情况对上述复合层进行清洗。之后,干燥上述复合层,优选自然干燥。
之后,将干燥的热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜复合层转移到目标衬底上。目标衬底可以是硅片、蓝宝石等适用于半导体器件衬底的任何衬底。干燥的热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜复合层可以避免转移过程中引入水氧,从而避免了转移后降低晶圆石墨烯的载流子迁移率。复合层与目标衬底的贴合可以是任何适当的方式,例如但不限于,辊压贴合、真空贴合等。
复合层贴合到目标衬底后,进行热释放胶带的移除。热释放胶带可以通过常用手段移除,例如但不限于,释放温度为100-200℃、释放时间为1-60min除去热释放胶带。本领域技术人员可以根据热释放胶带的实际情况,合理选择适当的温度和时间。
最后,除去辅助支撑层/萜类小分子层复合层。可以采用有机溶剂溶解除去,也可以高温退火除去。有机溶剂可以为丙酮、乙醇、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮等。例如有机溶剂除胶方式可以为,在100-200℃下热处理15min-3h后用有机溶剂洗涤,热处理过程可以增加单晶晶圆石墨烯薄膜与目标衬底的结合力,避免后续有机溶剂清洗时导致晶圆石墨烯薄膜产生褶皱。有机溶剂洗涤包括依次用丙酮、丙酮、异丙醇洗涤,洗涤时间依次为5min~30min、5min~30min、0.5min~10min,丙酮、异丙醇优选为CMOS级、UP级纯度或者HPLC级纯度。例如加高温退火方式可以为在温度300-400℃下,通入流速为100-1000sccm的氢气和流速为100-1000sccm的氩气,处理1h-24h。以上两种方式仅是举例,还可以是其他方式或者上述两种方式中采用其他参数,只要该步过程不损伤晶圆石墨烯薄膜和目标衬底、不引入杂质即可。
本发明的转移方法适用于单晶晶圆石墨烯薄膜的直径为2英寸、4英寸或6英寸。本发明的转移方法可兼容石墨烯的层层转移,可实现1-100层的均匀晶圆石墨烯的转移。所述“层层转移”即多次重复转移步骤形成多次转移的单晶晶圆石墨烯薄膜重叠的晶圆石墨烯。本领域技术人员可以根据实际需要选择转移适当的层数,例如但不限于1层、5层、10层、15层、20层、25层、30层、40层、50层、60层、70层、80层、90层或100层等。
下面将通过实施例来进一步说明本发明,但是本发明并不因此而受到任何限制。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
实施例1
如图1工艺流程图所示,将普通市售冰片(-)-Borneol(97%)溶解在乳酸乙酯,质量浓度为25wt%,使用匀胶机将冰片溶液均匀覆盖在4英寸晶圆石墨烯薄膜/铜/蓝宝石晶圆表面,转速为1000rpm,并旋涂2次。之后旋涂PMMA溶液(分子量950K PMMA,溶于乳酸乙酯中,质量分数4wt%),转速1000rpm,在加热台上烘烤3min,温度130℃。冰片厚度为400nm,冰片与PMMA层总厚度为640nm。之后用辊压方式在PMMA上贴合热释放胶带(TRT)得到“TRT/PMMA/冰片层/晶圆石墨烯薄膜/铜/蓝宝石”复合结构。将其在载具上固定,并完全浸没于1mol/L的氢氧化钠溶液中,用直流电源负极连接复合结构中的铜,正极连接充当另一电极的石墨板,在直流电源上施加4V电压,持续3min,其间在铜表面持续产生的氢气气泡使“TRT/PMMA/冰片层/晶圆石墨烯薄膜”与“铜/蓝宝石”生长基底的相互作用减弱,随后用晶圆夹具将“TRT/PMMA/冰片层/晶圆石墨烯薄膜”复合结构从“铜/蓝宝石”生长基底上缓慢剥离。将“TRT/PMMA/冰片层/晶圆石墨烯薄膜”复合结构在去离子水中洗涤15min,重复2次。“铜/蓝宝石”生长基底用少量去离子水洗涤干净后用高纯氮气吹干,并用于后续再生长高品质晶圆石墨烯薄膜。待所得“TRT/PMMA/冰片层/晶圆石墨烯薄膜”复合层自然干燥后,将其辊压贴合到含300nm厚度氧化层的硅片上,再在120℃热台上加热释放以除去TRT。将所得的“PMMA/冰片层/晶圆石墨烯薄膜/硅片”180℃烘烤1h后洗涤,洗涤方式为依次用丙酮、丙酮、异丙醇洗涤10min、10min、0.5min,氮气吹干后得到转移硅片上的4英寸晶圆石墨烯薄膜。
如图2示出该实施例的转移到四英寸硅片上的晶圆石墨烯薄膜的照片和显微照片。图2中a照片所示为释放TRT后硅片基底上4英寸晶圆石墨烯的照片,b照片所示为光学显微照片,c照片所示为除去PMMA/冰片层的晶圆石墨烯薄膜的照片,d照片所示的为除去PMMA/冰片层的晶圆石墨烯薄膜的光学显微照片。从图2的各图可以看出,实施例1转移的晶圆石墨烯薄膜无破损。
图3示出该实施例转移到硅片上的4英寸晶圆石墨烯的拉曼表征(a照片所示)和原子力显微镜表征(b照片所示)。从拉曼图谱中可以看出石墨烯被成功转移至硅目标衬底上,且D峰较小,证明破损较少、完整度较高。从原子力显微镜表征照片中可以看出被转移后的石墨烯表面较洁净,有较少的颗粒污染物残留。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法,其特征在于,包括:
在直接生长于生长基底上的单晶晶圆石墨烯薄膜表面形成萜类小分子层,在所述萜类小分子层上形成辅助支撑层,在所述辅助支撑层上贴合热释放胶带,得到热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜/生长基底复合层;
采用鼓泡剥离法将所述热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜/生长基底复合层的生长基底与热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜分离;
待所得的热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜复合层干燥后,将其贴合到目标衬底;以及
加热释放所述热释放胶带后,除去辅助支撑层/萜类小分子层复合层。
2.根据权利要求1所述的单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法,其特征在于,所述萜类小分子层的厚度50nm~50μm;优选厚度为100nm~1μm;优选,所述萜类小分子层由数均分子量小于100000的萜类小分子制成,更优选为冰片、樟脑中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法,其特征在于,所述辅助支撑层厚度为50nm~10μm;优选厚度为100nm~1μm;优选,所述辅助支撑层包括聚甲基丙烯酸甲酯。
4.根据权利要求1所述转移石墨烯的方法,其特征在于,通过辊压或真空贴合所述热释放胶带,贴合间隙中没有气泡。
5.根据权利要求1所述的单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法,其特征在于,所述鼓泡剥离法为将所述热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯薄膜/生长基底复合层中浸没于氢氧化钠溶液中,所述氢氧化钠的浓度为0.01-5mol/L,以所述生长基底为负极、铂或石墨为阳极,在所述正极和所述负极之间施加1-10V直流电1-10分钟。
6.根据权利要求5所述的单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法,其特征在于,所述鼓泡剥离法还包括在鼓泡的同时进行机械剥离,所述机械剥离为从所述生长基底上机械剥离所述热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯复合层,所述剥离速度为0.1cm/s-1cm/s。
7.根据权利要求6所述的单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法,其特征在于,所述热释放胶带/辅助支撑层/萜类小分子层/单晶晶圆石墨烯复合层干燥1-12h后,通过辊压或真空贴合到所述目标衬底;优选,所述热释放胶带的释放温度为100-200℃,释放时间为1-60min。
8.根据权利要求1所述的单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法,其特征在于,除去所述辅助支撑层/萜类小分子层复合层包括在100-200℃下热处理15min-3h后,依次用丙酮、丙酮、异丙醇洗涤,所述洗涤时间依次为5min~30min、5min~30min、0.5min~10min;所述丙酮、异丙醇优选为CMOS级、UP级或者HPLC级纯度。
9.根据权利要求1所述的单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法,其特征在于,所述单晶晶圆石墨烯薄膜的尺寸为2英寸、4英寸或6英寸。
10.根据权利要求1所述的单晶晶圆石墨烯薄膜的转移方法,其特征在于,通过多次重复转移步骤得到层数为1~100层石墨烯晶圆。
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CN104192833A (zh) * | 2014-08-20 | 2014-12-10 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种石墨烯薄膜的转移方法 |
CN106185900A (zh) * | 2016-07-12 | 2016-12-07 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 一种转移石墨烯的方法 |
CN107364851A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-11-21 | 中国科学院金属研究所 | 一种松香树脂转移石墨烯的方法及石墨烯透明导电薄膜的制备与应用 |
CN110581063A (zh) * | 2019-10-22 | 2019-12-17 | 北京石墨烯研究院 | 一种石墨烯晶圆的转移方法 |
CN111362258A (zh) * | 2020-02-12 | 2020-07-03 | 浙江大学 | 一种蜂蜡作支撑层的石墨烯薄膜转移方法 |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104192833A (zh) * | 2014-08-20 | 2014-12-10 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种石墨烯薄膜的转移方法 |
CN106185900A (zh) * | 2016-07-12 | 2016-12-07 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 一种转移石墨烯的方法 |
CN107364851A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-11-21 | 中国科学院金属研究所 | 一种松香树脂转移石墨烯的方法及石墨烯透明导电薄膜的制备与应用 |
CN110581063A (zh) * | 2019-10-22 | 2019-12-17 | 北京石墨烯研究院 | 一种石墨烯晶圆的转移方法 |
CN111362258A (zh) * | 2020-02-12 | 2020-07-03 | 浙江大学 | 一种蜂蜡作支撑层的石墨烯薄膜转移方法 |
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