用于形成包括石墨烯的器件的方法与流程

本发明涉及用于形成包括石墨烯的器件的方法的领域。特别地，本发明涉及用于形成包括功能化石墨烯的器件的方法，例如通过使石墨烯的背面与能使其功能化的物体接触，特别地，通过掺杂。

背景技术：

1、石墨烯是一种由形成厚度为一个原子的晶格的碳原子组成的材料。广义来说，由于表述(language)的误用，多层石墨烯由两层到通常是十层的单层石墨烯以紧密堆叠的方式形成。石墨烯对于那些需要具有高电子迁移率的半导体来检测其环境中电荷的移动及其转化为石墨烯平面的电导率的变化的应用特别有利。石墨烯的大多数已应用的电子应用需要宏观规模的连续石墨烯层，包括单层或几层碳原子，该石墨烯层被转移到根据特定应用选择的材料的基板上。连续石墨烯通常使用化学气相沉积法(该技术也被本领域技术人员称为cvd)合成，其中石墨烯在具有催化功能的衬底基板上(例如铜箔)以一个或几个原子层的规模结晶。石墨烯的碳来源于气体前驱体，例如甲烷或其他碳氢化合物。

2、然后，在不会在结构上损坏或污染石墨烯层的两个高和低(或上和下)表面，和/或降低其电子特性，例如其导电性或电荷载流子的迁移率的情况下，从衬底基板上去除石墨烯层并将其转移到目标基板上仍然是很困难的，其中，目标基板的表面是电绝缘体。

3、在石墨烯的一个表面上，也很难沉积使其功能化的物体，特别是通过掺杂或邻近效应，而不损坏或污染上层石墨烯层和/或降低其电子特性，特别是其对环境的敏感性。

4、如果与石墨烯接触或接近的材料改变了石墨烯膜的物理化学特性(电子、光学、机械、化学等)，或者通过屏蔽、滤波或远程影响效应确实改变了该膜的直接环境，则石墨烯被功能化材料功能化。

5、因此，需要一种用于形成包括功能化石墨烯的器件的方法，该器件可以保持石墨烯层的结构和电子质量，将其最洁净的表面(即与催化基板接触的表面)暴露于环境中，同时降低其暴露表面的污染程度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种用于形成包括功能化石墨烯的器件的方法，该方法克服了现有技术的问题。

2、在本发明的上下文中，通过用于形成包括石墨烯的器件的方法来实现该目的，该方法包括以下步骤：

3、-在基板上形成石墨烯膜的步骤；

4、-在石墨烯膜上沉积功能化材料的步骤，功能化材料配置为改变石墨烯膜的物理化学特性，功能化材料的沉积配置为部分地覆盖石墨烯膜，使得石墨烯膜的至少一部分未被功能化材料覆盖；

5、-气相沉积覆盖石墨烯膜和功能化材料的聚合物材料的步骤，使得聚合物材料与未被功能化材料覆盖的石墨烯膜的至少一部分接触；和

6、-去除基板的步骤，使得聚合物材料形成石墨烯膜的支撑。

7、在该方法中，各个沉积和去除步骤不会降低石墨烯膜的完整性。一旦基板被去除，石墨烯就有了一个暴露的表面，这个表面最初与基板接触，因此没有任何污染。聚合物材料与石墨烯膜的背面直接接触，从而使其功能化。石墨烯的暴露的或游离的表面是洁净的，且没有任何污染。在保持石墨烯层质量并在两个面之一上没有表面污染的同时功能化石墨烯的问题得到了解决。直接进行的功能化可以使沉积在石墨烯上的流体与石墨烯膜附近的元件相互作用。

8、该方法有利地且可选地单独或组合补充有以下若干特征：

9、-功能化材料以元件的形式沉积在石墨烯膜上，这些元件在垂直于石墨烯膜的方向上具有平均厚度，并且在平行于石墨烯膜的平面内具有平均横向范围(average lateralextent)，

10、在去除基板的步骤结束时，石墨烯膜包括正面和与正面相对的背面，

11、背面与功能化材料和聚合物材料接触，

12、正面是游离的且具有小于功能化材料的元件的平均厚度的粗糙度，粗糙度相对于平坦表面确定，粗糙度等于在垂直方向上的正面高度的标准差，是石墨烯膜的平面中的位置的函数，正面高度在尺寸大于所述平均横向范围的平面内的区域内定义；

13、-相对于参考平面的粗糙度小于平均厚度的10％，优选小于平均厚度的5％；

14、-聚合物材料包括聚对二甲苯；

15、-功能化材料以金属纳米线的形式，和/或以半导体纳米线或半导体量子点的形式，和/或以磁性金属纳米颗粒的形式，和/或以光刻金属薄膜的形式，和/或以通过原子层沉积(ald)而沉积的介电层的形式，和/或以通过化学气相沉积(cvd)而沉积的氮化硼层的形式沉积。

16、本发明还涉及一种包括石墨烯的器件，该器件包括石墨烯膜，该石墨烯膜部分地覆盖有功能化材料，功能化材料配置为改变石墨烯膜的电或磁特性，该器件包括覆盖石墨烯膜和功能化材料的聚合物材料，使得聚合物材料与未被功能化材料覆盖的石墨烯膜的至少一部分接触。

17、该器件有利地且可选地补充有以下特征：

18、-功能化材料由在垂直于石墨烯膜的方向上具有平均厚度，并且在平行于石墨烯膜的平面内具有平均横向范围的元件组成，

19、石墨烯膜包括正面和与正面相对的背面，

20、背面与功能化材料和聚合物材料接触，

21、正面是游离的且具有小于功能化材料的元件的平均厚度的粗糙度，粗糙度相对于平坦表面确定，粗糙度等于在垂直方向上的正面高度的标准差，是石墨烯膜的平面中的位置的函数，正面高度在尺寸大于平均横向范围的平面内的区域内定义；

22、-相对于参考平面的粗糙度小于平均厚度的10％，优选小于平均厚度的5％；

23、-聚合物材料包括聚对二甲苯；

24、-功能化材料以金属纳米线的形式，和/或以半导体纳米线或半导体量子点的形式，和/或以磁性金属纳米颗粒的形式，和/或以光刻金属薄膜的形式，和/或以通过原子层沉积(ald)而沉积的介电层的形式，和/或以通过化学气相沉积(cvd)而沉积的氮化硼层的形式沉积。

技术特征：

1.一种用于形成包括石墨烯的器件(5)的方法，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述功能化材料(3)在步骤s2中以元件的形式沉积在所述石墨烯膜(1)上，所述元件在垂直于所述石墨烯膜(1)的方向上具有平均厚度，并且在平行于所述石墨烯膜的平面内具有平均横向范围，

3.根据权利要求2所述的方法，其中，相对于参考平面的所述粗糙度小于所述平均厚度的10％，优选小于所述平均厚度的5％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述聚合物材料(4)包括聚对二甲苯。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述功能化材料(3)以下列形式中的至少一种沉积：金属纳米线、半导体纳米线或半导体量子点、磁性金属纳米颗粒、光刻金属薄膜、通过原子层沉积(ald)而沉积的介电层、通过化学气相沉积(cvd)而沉积的氮化硼层。

6.一种包括石墨烯的器件(5)，所述器件包括石墨烯膜(1)，所述石墨烯膜(1)部分地覆盖有功能化材料(3)，所述功能化材料(3)配置为改变所述石墨烯膜(1)的电或磁特性，所述器件(5)包括覆盖所述石墨烯膜(1)和所述功能化材料(3)的聚合物材料(4)，使得所述聚合物材料(4)与未被所述功能化材料覆盖的所述石墨烯膜(1)的至少一部分接触。

7.根据权利要求6所述的器件，其中，所述功能化材料(3)由在垂直于所述石墨烯膜(1)的方向上具有平均厚度并且在平行于所述石墨烯膜的平面内具有平均横向范围的元件组成，

8.根据权利要求6或7所述的器件，其中，相对于参考平面的粗糙度小于所述平均厚度的10％，优选小于所述平均厚度的5％。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的器件，其中，所述聚合物材料(4)包括聚对二甲苯。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的器件，其中，所述功能化材料(3)以下列形式中的至少一种沉积：金属纳米线、半导体纳米线或半导体量子点、磁性金属纳米颗粒、光刻金属薄膜、通过原子层沉积(ald)而沉积的介电层、通过化学气相沉积(cvd)而沉积的氮化硼层。

技术总结本发明涉及用于形成包括石墨烯的器件(5)的方法，该方法包括以下步骤：步骤S1，在基板(2)上形成石墨烯膜(1)；步骤S2，在石墨烯膜(1)上沉积功能化材料(3)，功能化材料配置为改变石墨烯膜(1)的物理化学特性，功能化材料的沉积配置为部分地覆盖石墨烯膜(1)；步骤S3，气相沉积覆盖石墨烯膜(1)和功能化材料(3)的聚合物材料(4)；和步骤S4，去除基板(2)，使得聚合物材料(4)形成对石墨烯膜(1)的支撑。技术研发人员：文森特·布夏,贝纳兹·焦哈里安,里亚德·奥斯曼受保护的技术使用者：格拉普希尔公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12