專利名稱：石墨烯膜的制造方法、電子元件的制造方法及石墨烯膜向基板的轉印方法
技術領域：
本發明涉及石墨烯膜的制造方法、電子元件的制造方法及石墨烯膜向基板的轉印方法。
背景技術：
石墨烯(graphene)因其理想的二維結構而具有各種各樣的特異的性質，例如具有良好的傳導性、高的電子·空穴遷移度。除此之外，非彈性的電子傳導性或自旋傳導性、 力學的強度、光吸收及發光、熱傳導等特性也備受矚目，是期待向各種領域的工業上的應用的物質。作為石墨烯的制造方法，現在，已知有基于熱分解石墨晶體的剝離方法、固相反應法、化學氣相沉積法等。石墨烯最初是由Novoselov等發現的，該石墨烯是用kotch tape (蘇格蘭膠帶) 將熱分解石墨晶體剝離，使其轉印在Si基板上形成的。其特征為，雖然石墨烯晶體的大小為數微米左右的大小，但可容易地得到再現性比較好的石墨烯膜(非專利文獻1、2)。固相反應法是通過對碳化硅晶體在2000°C左右進行真空熱處理，使表面的Si元素蒸發(硅升華)，在碳化硅表面形成石墨烯結晶層的方法(非專利文獻3 7)。氣相沉積法是在鎳或鐵等金屬晶體表面，以碳化氫氣體為原料通過熱CVD法使其沉積，由此形成石墨烯膜(非專利文獻8、9)。非專利文獻 1 =Novoselov,K. S. et al. "Electric field effect in atomically thin carbon films"Science 306(2004)666-669.__ 專禾1J 文獻 2 :Meyer JC, et al, "The structure of suspended graphene sheets"Nature. 446(7131) (2007)60-63.非專禾Ij 文獻 3 :A. J. van Bommel，et al. "A. LEED and Auger electron observations of the SiC(0001)surface" Surf. Sci.48(1975)463-472.非專利文獻 4 :1. Forbeaux et al. "Heteroepitaxial graphite on 6H-SiC(0001) Interface formation through conduction-band electronic structure" Phys. Rev. B 58 (1998) 16396-16406.非專利文獻 5 :Berger, C. et al. "Ultrathin epitaxial graphite :2D electron gas properties and a route toward graphene-based nanoelectronics" J. Phys. Chem. B,108， (2004)19912-19916.非專利文獻 6 :Berger, C. et al. "Electronic confinement and coherence in patterned epitaxial grapheme，，，Science 312, (2006) 1191-1196.7 :0hta, T. et al. "Controlling the electronic structure of bilayer grapheme，，，Science 313 (2006) 951-954.非專禾Ij 文獻 8 :Τ· A. Land，et al. " STM investigation of single layergraphite structures produced on Pt (111)by hydrocarbon decomposition", Sur. Sci. 264(1992)261-270.非專利文獻9 :A. Nagashima et al. "Electronic states of monolayer graphite formed on TiC(Ill) surface”，Surf. Sci. 291(1993)93-98.但是，在上面記述的現有的方法中，雖然形成了石墨烯膜，但真正得到單層石墨烯是非常困難的，例如在熱CVD的氣相沉積法中，得到的是接近數十層層疊而成的石墨膜的
石墨稀。而且，還存在難以將所合成的石墨烯從母材分離，移動到Si等電子元件基板上之類的問題。另外，利用石墨烯作為電子器件或傳感器、配線等零件的一部分時，在所要求的位置且在所要求的方向配置石墨烯成為重要的技術性課題，在上面記述的現有的方法中，存在不能有效地應付這種技術性課題的問題。這些問題都基于以下事實例如像已有的石墨烯元件報告例中報告的那樣，用蘇格蘭膠帶將熱分解石墨晶體剝離，偶然發現了被再轉印的石墨烯膜而用于元件形成，難以得到大面積的石墨烯膜。另外，被剝離的石墨烯自身的大小或均一性方面存在大的偏差，不能任意地控制其轉印位置的情況等也是很大的要因。此外，由于石墨烯本來是用碳六元環構成的單原子層的終極厚度的膜，在大面積的處理中，伴隨有根本上的/原理上的困難。
發明內容
本發明是鑒于如上的情況而開發的，課題是提供一種不需要高溫就能夠制造大面積的石墨烯的石墨烯膜的制造方法。另外，本發明的課題是提供一種電子元件的制造方法，所述電子元件的制造方法能夠在電子元件基板上容易地基于抗蝕劑的FET電路圖案，并且也能夠將元件進行集成而容易地適用于大面積化工藝。另外，本發明的課題是提供一種石墨烯膜向基板的轉印方法，該轉印方法能夠將大面積的石墨烯膜分離，再將希望大小的石墨烯膜轉印在基板的所希望的部位。本發明為了解決上述的課題，特征如下。第一一種石墨烯膜的制造方法，其特征為，包含使無定形碳膜和選自鎵、銦、錫及銻的至少一種金屬接觸，在接觸界面形成石墨烯膜的工序。第二如上述第一的石墨烯膜的制造方法，其特征為，使無定形碳膜和鎵接觸，在接觸界面形成石墨烯膜。第三如上述第一或第二的石墨烯膜的制造方法，其特征為，無定形碳膜是通過對有機膜進行真空熱處理使其碳化為無定形而得到的膜。第四如上述第一或第二的石墨烯膜的制造方法，其特征為，無定形碳膜是通過在有機膜上蒸鍍無定形碳，接著進行真空熱處理，使有機膜碳化為無定形而得到的膜。第五如上述第一 第四中任一個的石墨烯膜的制造方法，通過將無定形碳膜轉印在選自鎵、銦、錫及銻的至少一種液體金屬的表面，接著進行真空熱處理，形成石墨烯膜。第六如上述第五的石墨烯膜的制造方法，其特征為，液體金屬為液體鎵。第七一種電子元件的制造方法，其特征為，包含以下工序在電子元件基板上涂布抗蝕劑，形成與電子電路相對應的抗蝕圖案后，使選自鎵、銦、錫、及銻的至少一種液體金屬與該抗蝕圖案接觸，接著進行真空熱處理，由此，將抗蝕圖案石墨烯化，形成電子電路。第八如上述第七的電子元件的制造方法，其特征為，液體金屬為液體鎵。第九一種石墨烯膜向基板的轉印方法，其特征為，包含以下工序利用上述第一 第六的任一方法在無定形碳膜和金屬的接觸界面形成石墨烯膜后，使無定形碳膜與基板表面接觸，將石墨烯膜轉印在基板上。第十如上述第九的石墨烯膜向基板的轉印方法，其特征為，基板為電子元件基板。第十一一種石墨烯膜向基板的轉印方法，其特征為，其包含利用上述第一 第六中任一方法在無定形碳膜和金屬的接觸界面形成石墨烯膜后，使無定形碳膜與中間介質表面接觸，將石墨烯膜轉印在中間介質上的工序、和使轉印在中間介質上的石墨烯膜與基板表面接觸，將石墨烯膜轉印在基板上的工序。第十二 如上述第九 第十一中任一石墨烯膜向基板的轉印方法，其特征為，還包含將被轉印在基板及/或中間介質上的石墨烯膜上殘余的金屬，用酸清洗除去的工序。在冶金學上，鎵(Ga)和碳(C)全部為非固溶的。但是，從X射線吸收端光譜 (NEXAFS)的數據來看，顯示出形成鎵原子和碳原子的鍵合。本發明人等從鎵和碳的反應過程的研究中發現，在液體鎵和無定形碳的界面，在大約1000°C左右的比較低的溫度下，引起石墨化反應，能夠形成大面積的石墨烯，最終完成了本發明。另外認為，基于與鎵同樣的性質，銦、錫及銻也可以類推。發明效果根據本發明的石墨烯膜的制造方法，不需要高溫就能夠制造大面積的石墨烯。艮口， 使作為原料的無定形碳膜與液體鎵等的液體金屬面接觸時，能夠容易地向金屬液面轉印無定形碳膜。在這種無定形碳膜被轉印在液體金屬表面上的狀態下，進行1000°c左右的熱處理，由此，能夠在與鎵等金屬液面的接觸部形成大面積的石墨烯膜。根據本發明的電子元件的制造方法，能夠在電子元件基板上容易地形成基于抗蝕劑的FET電路圖案，還可以對元件進行集成，易于適用于大面積化工藝。根據本發明的石墨烯膜的轉印方法，能夠將利用上述的方法所形成的石墨烯膜， 向電子元件基板等基板的所希望的部位進行轉印，能夠在基板上得到大面積的石墨烯膜。另外，通過將在液體鎵等液體金屬的液面上，利用上述的方法形成的石墨烯膜轉印在有機硅樹脂等中間介質上，并使被轉印在中間介質上的石墨烯膜與基板表面接觸，能夠將石墨烯膜轉印在電子元件基板等基板的所希望的部位，能夠在基板上得到大面積的石墨烯膜。
圖1是說明合成石墨烯膜的原料的無定形碳膜的工序的圖；圖2是說明在有機膜上蒸鍍無定形碳的工序的圖；圖3是將無定形碳膜轉印在液體鎵表面上的真空熱處理前的照片(左)、和真空熱處理后的照片(右)；圖4是以浮在液體鎵上的狀態保持的石墨烯膜的概念圖5是表示將在無定形碳膜的一面(與鎵的接觸面)形成的石墨烯膜連鎵一起加入稀鹽酸中，將液體鎵從石墨烯面除去，用透射式電子顯微鏡用的網格(mesh)撈取游離的膜，進行高分辨率觀察的結果的透射式電子顯微鏡照片；圖6是透射式電子顯微鏡用的網格上的石墨烯膜的折彎部分的透射式電子顯微鏡照片和限制視野衍射像(左下)；圖7是透射式電子顯微鏡用的網格上的石墨烯膜折彎部分的透射式電子顯微鏡照片。圖8是說明使用有機硅樹脂將石墨烯膜轉印在電子元件基板上的工序的圖；圖9是表示使在鎵表面制作的石墨烯膜與PDMS片接觸進行轉印的狀態的照片， (a)表示轉印后、(b)表示通過稀鹽酸處理將鎵除去后的狀態；圖10是多層石墨烯的高分辨率TEM像和拉曼光譜((a)無定形碳膜厚15nm、熱處理溫度1000°c (b)無定形碳膜厚8nm、熱處理溫度1000°C (c)無定形碳膜厚3nm(只有 Formvar膜)、熱處理溫度1000°C (d)無定形碳膜厚3nm(只有R)rmVar膜)、熱處理溫度 IlOO0C )；圖11表示在實施例中制作的典型的器件結構和其照片；圖12表示在實施例中制作的器件的源極·漏極間的I-V特性(Isd-Vsd特性)等；圖13表示在實施例中制作的器件的源極·漏極間的I-V特性(Isd-Vsd特性)等；圖14表示用于制作石墨烯FET的工序；圖15中，左上的照片表示400nm厚肥B抗蝕劑的電子束曝光后的溝道圖案，左下的照片表示將抗蝕圖案石墨烯化，用金屬做成源極·漏極時的FET溝道器件的光學顯微鏡像，右邊的曲線表示與之對應的FET特性。符號說明
1有機膜的溶液液滴
2蒸餾水
3有機膜
4陶瓷環
5燒蝕(ablation)用碳原料
6YAG激光
7無定形碳膜
8液體鎵
9轉印在液體鎵表面的無定形碳膜
10合成的石墨烯膜
11未反應的無定形碳膜
12有機硅樹脂
13轉印在有機硅樹脂表面的石墨烯膜
14電子元件基板
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。另外，下面，作為金屬以采用鎵的情況為例進行說明。本發明的石墨烯膜的制造方法中，首先，作為目標石墨烯膜的原料，例如合成具有直徑數毫米至數厘米的直徑、厚度為數納米的無定形碳膜。首先，作為無定形碳膜的原料，形成火棉膠膜或i^rmvar膜等有機膜。例如，如圖 1所示，在蒸餾水2上滴落火棉膠膜或R)rmVar膜等有機膜的溶液液滴1，在水面上得到極薄的有機膜3。典型地說，使用5%火棉膠液時，能夠得到膜厚約30nm的有機膜3。用氧化鋁等陶瓷環4撈取該有機膜3時，能夠將有機膜3粘在陶瓷環4上。作為有機膜，除火棉膠膜、Formvar膜以外，可以使用LB(Langmuir-Blodgett ；朗繆爾-布羅杰特)膜、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)膜等抗蝕劑材料等、根據用途膜厚為數納米的各式各樣的有機膜。例如，將附著了膜厚數納米的火棉膠膜或i^ormvar膜后的網格用作透射式電子顯微鏡用的試料保持膜。其次，通過對有機膜進行真空熱處理，使其碳化為無定形狀而合成無定形碳膜。例如對將附著了有機膜的陶瓷環在500°C下進行30分鐘真空熱處理時，有機膜分解，進行碳改性。本發明中，為了改善無定形碳膜的均一性和強度，也可以在有機膜上蒸鍍無定形碳。例如，如圖2所示，使用紅外線脈沖YAG激光6，對燒蝕用碳原料5的固形碳對電極進行激光燒蝕，由此，在有機膜上包覆無定形碳膜7。通過對包覆了該無定形碳膜7的有機膜進行真空熱處理，有機膜分解而進行碳改性，并且，蒸鍍后的無定形碳膜7基本上保持膜形狀而殘留，能夠得到整體均一性和強度得以改善的無定形碳膜。接著，使這樣操作而得到的無定形碳膜與液體鎵的表面接觸而進行轉印，在真空中進行熱處理。例如，如圖3左邊的照片所示，使附著有無定形碳膜的陶瓷環與液體鎵8的上面接觸。在此，為了后面的石墨烯反應工序，將液體鎵保持在氧化鋁坩堝中。在該氧化鋁坩堝的表面，由于液體鎵的非常強的表面張力，液面鼓起呈凸狀。無定形碳膜被轉印在該液體鎵的凸狀液面上。在圖3的照片上，轉印有直徑3毫米程度的無定形碳膜，直徑數厘米的無定形碳膜也能夠比較容易地進行轉印。使無定形碳膜與液體鎵的表面接觸進行轉印后，對該無定形碳膜進行真空熱處理。例如，通過在真空中1000°c下進行10 30分鐘左右熱處理，在液體鎵和無定形碳膜的接觸界面形成石墨烯。鎵的蒸氣壓在1000°C為左右，所以由于真空中熱處理會逐漸地引起鎵的蒸發，但在一次石墨烯合成反應中的蒸發量極少。當在工業上應用之際，可考慮通過以反應管為閉合電路對蒸發量進行控制，進行合成石墨烯的質量維持管理。在1000°C進行30分鐘的真空熱處理后冷卻至室溫，結果為圖3右邊的照片。照片顯示雖然是在1000°c的反應，但是仍原封不動保持真空熱處理前的最初的無定形碳膜的形狀的無定形碳膜9殘存在液體鎵上的樣子。圖4表示以浮在該液體鎵上的狀態保持的石墨烯膜的概念圖。在與液體鎵8的接觸界面形成有石墨烯膜10，在其上殘留有未反應的無定形碳膜11。這樣，石墨烯膜10形成在原料的無定形碳膜11中與鎵的接觸界面的部分，反應后，無定形碳膜11也殘留。而且，由于殘留有無定形碳膜11，石墨烯膜10被加強，在向基板轉印時，在防止大面積的石墨烯膜10的破損方面起到重要的作用。
如上操作所得到的石墨烯膜能夠向基板上進行轉印。例如，在無定形碳膜和鎵的接觸界面形成石墨烯膜后，能夠直接使用該石墨烯膜，使無定形碳膜與基板表面接觸，將石墨烯膜轉印在基板上。作為基板，能夠使用帶氧化膜硅等電子元件基板，例如，在硅氧化膜的表面轉印石墨烯膜，或者在電子元件基板上的電極表面轉印石墨烯膜。在將石墨烯膜用作電子元件基板的電極或其一部分的情況下，具有在電子元件基板的電極表面以石墨烯面為正面而放置，或者在電子元件基板的表面以石墨烯面為正面而放置，然后進行膜的加工和電極形成等的自由度。由于相對于無定形碳，石墨烯膜對氧等離子體等的耐蝕刻性高，因此通過在氧等離子體或氧氣氛中的熱處理，也能夠除去多余的無定形碳膜。另外，也可以在無定形碳膜與鎵的接觸界面形成石墨烯膜后，使無定形碳膜與中間介質表面接觸，將石墨烯膜轉印在中間介質上，接著，使被轉印在中間介質上的石墨烯膜與基板表面接觸，將石墨烯膜轉印在基板上。例如，如圖8所示，無定形碳膜良好地附著在 PDMS (聚二甲基硅氧烷)樹脂等有機硅樹脂12的表面，而液體鎵對有機硅樹脂12濡濕性非常差。利用該性質，能夠將浮在液體鎵上的石墨烯膜轉印在有機硅樹脂12的表面。在被轉印于有機硅樹脂12上的石墨烯膜13上局部殘存的液體鎵，通過用稀鹽酸等酸進行處理，能夠從石墨烯膜除去。接著，能夠按照例如壓印(stamping)的要領，將被轉印在有機硅樹脂 12的表面的石墨烯膜13，再轉印到電子元件基板14上。這樣進行向有機硅樹脂等中間介質的間接轉印時，在電子元件基板上，在基板表面存在石墨烯膜。也可以從該石墨烯膜上，通過抗蝕劑處理等形成電子電路圖案，合成石墨烯元件。另外，本發明中，也能夠通過下面的方法制造電子元件。首先，在電子元件基板上涂敷抗蝕劑，形成與電子電路對應的抗蝕圖案。該工序可以使用由機材料形成的抗蝕劑、例如化學增幅型抗蝕劑等，利用目前公知的方法進行。接著，使液體鎵與該抗蝕圖案接觸，接下來通過進行真空熱處理，將抗蝕圖案進行石墨烯化，形成電子電路。具體地說，直接用液體鎵覆蓋抗蝕圖案，按照如上所述的條件進行真空熱處理，將抗蝕圖案石墨烯化。這種方法的較大的優點在于，用最初的抗蝕圖案，基于現有技術可非常容易地形成寬IOnm左右的抗蝕劑溝道。在通常的石墨烯膜的轉印方法中，將膜轉印到硅氧化膜上后，在石墨烯膜上涂敷抗蝕劑，通過電子射線曝光形成溝道圖案后，需要進行蝕刻處理等， 但有時也擔心在石墨烯溝道自身及邊緣部的加工損傷。但是，根據上述的方法，由于是在液體鎵的接觸部分形成石墨烯，因此在硅基板等電子元件基板上形成基于抗蝕劑的FET電路圖案很容易，并且將元件進行集成也可容易地適用大面積化工藝。在以上說明的實施方式中，在無定形碳結構物(膜)與液體鎵的接觸界面，制作均質的石墨烯膜。所得到的石墨烯膜可高精度地控制大小及石墨烯的層數，可充分獲得石墨烯具有的良好的傳導性、高移動度、非彈性電子及自旋傳導性、動力強度、良好的熱傳導性、 光吸收或發光等特性，能夠實現向電子元件或自旋元件等各種功能元件的應用擴展。實施例下面，通過實施例進一步詳細地說明本發明，但本發明不受這些實施例的任何限定。<實施例1>按照下面的步驟制作石墨烯膜。首先，向蒸餾水上滴落5%火棉膠液，在水面上得到極薄的火棉膠膜。用氧化鋁陶瓷環撈取該火棉膠膜，在環上形成膜厚約30nm的火棉膠膜。其次，使用1064nm的紅外型脈沖YAG激光，對固態碳鈀進行激光燒蝕，由此在火棉膠膜上包覆膜厚約IOnm的無定形碳膜。接著，對包覆有無定形碳膜的陶瓷環在500°C下進行30分鐘真空熱處理，將火棉膠膜分解使其碳改性。熱處理后，在陶瓷環上殘存有膜厚約20nm的無定形碳膜。接著，如圖3左邊的照片所示，使附著有直徑3厘米左右的無定形碳膜的陶瓷環與液體鎵上面接觸進行轉印。為了以后的石墨烯反應工序，將液體鎵保持在氧化鋁坩堝中。接著，對轉印在液體鎵表面的無定形碳膜，在真空中、在1000°C進行熱處理。在 1000°C反應30分鐘后，冷卻至室溫，結果為圖3右邊的照片。雖然是在1000°C下的反應，但是膜原封不動地保持了最初的無定形碳膜的形狀而殘存在液體鎵上。將形成于該無定形碳膜的一面(與鎵的接觸面)的石墨烯膜連鎵一起加入稀鹽酸中，將液體鎵從石墨烯面分離，使膜游離。用透射式電子顯微鏡(TEM)用的網格撈取該膜， 進行高分辨率觀察，結果為圖5。膜經過在稀鹽酸中的游離的過程，被彎折細化，為了進行 TEM觀察，這種折彎細化不能停止。在應用于實際的器件制作時，由于是再將其轉印在基板上，因此，石墨烯膜可保持膜的形態。在放置成TEM的試料網格狀的膜中，觀測到大量的折彎。石墨烯膜在單層的狀態下進行觀測是非常困難的，而大多情況呈多層石墨烯層疊的狀態。在TEM試料網格上的折彎的部分中，由于石墨烯的C軸與TEM電子線正交，將石墨烯層疊結構作為TEM圖像去觀察，情況卻非常好。如圖6所示，完美地合成了 4 5層的石墨烯。從限制視野衍射像(圖 6左下)發現了來自石墨C面層的衍射即(000 和指數化(日文指數付K )后的衍射斑點，石墨烯的層疊間隔為0. 34nm。進而由圖7可知，在膜的折彎部，未反應無定形碳膜和石墨烯形成反差，在該折彎部，折彎的內側為石墨烯層，折彎的外側為未反應無定形碳層。〈實施例2>根據實施例1的步驟在鎵表面進行制作的石墨烯膜的轉印。使PDMS片與鎵表面的石墨烯膜接觸時，石墨烯膜與一部分鎵一起貼在PDMS片表面(圖9(a))。對與石墨烯膜一起附著的鎵在稀鹽酸中進行處理時，鎵剝落，如圖9(b)的照片所示，除去鎵后的膜殘存在PDMS片表面。<實施例3>無定形碳膜厚帶來的結晶性的變化使與實施例1同樣地操作所得到的無定形碳膜和液體鎵接觸，在5 X IO-4Pa的真空中，在1000°C或1100°C下進行30分鐘熱處理，在無定形碳和液體鎵的接觸界面形成4 6
層的多層石墨烯。圖10是多層石墨烯的高分辨率TEM像和拉曼光譜((a)無定形碳膜厚15nm、熱處理溫度1000°c (b)無定形碳膜厚8nm、熱處理溫度1000°C (c)無定形碳膜厚3nm(只有 Formvar膜)、熱處理溫度1000°C (d)無定形碳膜厚3nm(只有R)rmVar膜)、熱處理溫度IlOO0C )。在進行石墨烯化之前，使利用激光燒蝕而堆積的無定形碳的膜厚變化時，石墨烯膜的結晶性發生改變，隨著使無定形碳的膜厚從15nm減小至3nm，發現石墨烯的結晶性有變好的傾向。<實施例4>石墨烯膜的電場效果特性將在實施例3中得到的石墨烯轉印在300nm的帶氧化膜的Si基板上，使用模版掩模制作Ti/Au電極，制作背面柵極結構。圖11中表示制作的典型的器件結構，圖12、圖13中表示源極 漏極間的I-V特性 (Isd-Vsd特性)等。對于制作的石墨烯的Isd-Vsd特性而言，施加了-100 +100V的柵極電壓時，SD電導率明顯地發生變化，可看到最大40%的電導率調制。電導率的最小值向正偏壓側大幅偏移，特性呈現ρ型(圖12、13插入圖)。另外，隨著將無定形碳的膜厚變薄，電導率減少，變化率提高。一般認為，在石墨烯器件工作中，石墨烯的背后殘存的非晶層具有很大關系。具體地說，在為15nm的情況下，以源極 漏極間的I_V特性產生一點點傾斜這樣的差異程度，使柵極電壓從+100V變化至-100V時的SD間電導率變化約為左右。無定形碳膜厚為8nm時，電導率調制增加至6.5%。進而，在3nm厚的無定形碳(不進行無定形碳的激光堆積，i^ormvar膜因熱分解而形成的無定形碳)中，發現了 16%的電導率調制，在將石墨化反應溫度設定為1100°C的情況下，可制作呈現35%的明顯電導率調制的FET元件。對這四個FET元件的電導率特性進行比較可知，膜厚為15nm時，電導率非常大， 即，溝道電阻值非常低。溝道變薄時，電導率變低，即，溝道電阻變高，同時，調制率也增大。 即，在4 6層的石墨烯下面存在無定形碳時，由于流經其中的溝道電流的作用，電導率增大，進而，將浮在( 上的石墨烯膜直接轉印在Si基板上，因此，在柵極氧化膜的正上方存在低電阻的無定形碳層。一般認為，該低電阻的無定形碳層阻斷(屏蔽)由柵極施加的電場， 施加在石墨烯溝道上的有效性的電場強度降低，對調制特性造成影響。<實施例5>在Si基板上的抗蝕圖案的石墨化通過圖14所示的工序制作石墨烯FET。在硅氧化膜上薄薄地涂敷一層(約IOnm 左右)抗蝕劑(化學增幅法NEB負抗蝕劑)，用電子線描繪FET溝道圖案，進而形成電子電路圖案。將液體鎵直接載置于該抗蝕圖案上，進行真空熱處理，由此將抗蝕圖案整體石墨烯化。圖15左上的照片為400nm厚NEB抗蝕劑的電子射線曝光后的溝道圖案，圖15左下的照片為將該抗蝕圖案石墨烯化，用金屬做成源極·漏極電極時的FET溝道器件的光學顯微鏡像。圖15右邊的曲線表示與之對應的FET特性。抗蝕圖案的膜厚越薄，FET特性越能得到提高，在4nm的抗蝕劑溝道圖案中，形成可得到17%的電導調制的FET元件。
權利要求
1.一種石墨烯膜的制造方法，其特征在于，包括使無定形碳膜與選自鎵、銦、錫及銻中的至少一種金屬接觸，在接觸界面形成石墨烯膜的工序。
2.如權利要求1所述的石墨烯膜的制造方法，其特征在于， 使無定形碳膜與鎵接觸，在接觸界面形成石墨烯膜。
3.如權利要求1或2所述的石墨烯膜的制造方法，其特征在于，無定形碳膜是通過對有機膜進行真空熱處理使其碳化為無定形而得到的膜。
4.如權利要求1或2所述的石墨烯膜的制造方法，其特征在于，無定形碳膜是通過在有機膜上蒸鍍無定形碳，接著進行真空熱處理，使有機膜碳化為無定形而得到的膜。
5.如權利要求1 4中任一項所述的石墨烯膜的制造方法，其特征在于，通過將無定形碳膜轉印在選自鎵、銦、錫及銻的至少一種液體金屬的表面，接著進行真空熱處理，形成石墨烯膜。
6.如權利要求5所述的石墨烯膜的制造方法，其特征在于， 液體金屬為液體鎵。
7.一種電子元件的制造方法，其特征在于，包含以下工序在電子元件基板上涂布抗蝕劑，形成與電子電路相對應的抗蝕圖案后，使選自鎵、銦、 錫、及銻的至少一種液體金屬與該抗蝕圖案接觸，接著進行真空熱處理，由此，將抗蝕圖案石墨烯化，形成電子電路。
8.如權利要求7所述的電子元件的制造方法，其特征在于， 液體金屬為液體鎵。
9.一種石墨烯膜向基板的轉印方法，其特征在于，包含以下工序利用權利要求1 6中任一項所述的方法，在無定形碳膜與金屬的接觸界面形成石墨烯膜后，使無定形碳膜與基板表面接觸，將石墨烯膜轉印在基板上。
10.如權利要求9所述的石墨烯膜向基板的轉印方法，其特征在于， 基板為電子元件基板。
11.一種石墨烯膜向基板的轉印方法，其特征在于，包括利用權利要求1 6中任一項所述的方法，在無定形碳膜與金屬的接觸界面形成石墨烯膜后，使無定形碳膜與中間介質的表面接觸，將石墨烯膜轉印在中間介質上的工序；和使轉印在中間介質上的石墨烯膜與基板表面接觸，將石墨烯膜轉印在基板上的工序。
12.如權利要求9 11中任一項所述的石墨烯膜向基板的轉印方法，其特征在于， 還包括將被轉印在基板及/或中間介質上的石墨烯膜上殘余的金屬，用酸清洗除去的工序。
全文摘要
本發明提供一種不需要高溫就能夠制造大面積的石墨烯的石墨烯膜的制造方法；以及能夠在電子元件基板上容易地形成基于抗蝕劑的FET電路圖案，并且可對元件進行集成而容易地適用于大面積化工藝的電子元件的制造方法及可將大面積的石墨烯膜分離、進而在基板的所要求的部位轉印所要求的大小的石墨烯膜的、向基板的石墨烯膜的轉印方法。所述石墨烯膜的制造方法的特征為包括使無定形碳膜和鎵等的液體金屬接觸，在接觸界面形成石墨烯膜的工序。
文檔編號C01B31/04GK102438944SQ20108001414
公開日2012年5月2日 申請日期2010年3月17日 優先權日2009年3月27日
發明者藤田淳一 申請人:獨立行政法人科學技術振興機構