(sigma-aldrich，相对分子质量100，000)水溶液旋涂在步骤(I)清洗过的硅片表面，甩胶机的转速为2000rpm，旋涂时间为30分钟，得到厚度为330nm的PAA薄膜。旋涂结束后将硅片在100°C下加热10分钟，得到Si/PAA表面。然后在PAA薄膜上通过固体掩膜版的方法用热蒸镀仪蒸镀上厚度为4nm/48nm的第一Cr/Au电极。固体掩膜版的图案如图2所示。
[0075](3)利用胶带通过微机械剥离的方法制备出单层石墨烯并将其转移到步骤(2)得到的薄膜上，并通过光学显微镜定位石墨烯的位置；采用电子束曝光的方法在石墨烯上形成图案，电子束电压为30kV，曝光剂量为350 μ C/cm2,曝光时间为2min。然后用热蒸镀仪蒸镀厚度为5nm/60nm的第二 Cr/Au电极，从而获得Si/PAA基底上的石墨烯场效应晶体管。
[0076](4)将12重量％的PMMA (sigma-aldrich，相对分子质量500，000)甲苯溶液旋涂于步骤(4)得到的Si/PAA基底上的石墨烯场效应晶体管的一面上，转速为ISOOrpm，时间为40min,总共旋涂3次，PMMA薄膜的厚度约为3.5 μ m ;旋涂结束后将硅片置于120°C下加热3分钟；用刀片将硅片四边边缘的PMMA膜轻轻刮掉；将硅片浸入去离子水中，40°C下加热2h后PAA薄膜完全溶解，附带有石墨烯场效应晶体管的PMMA薄膜与硅片分离漂浮在水上，从而得到了具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管。
[0077](5)将制备的具有柔性基底的石墨稀场效应晶体管用I父水粘贴在厚度为10ym的PET薄膜上，电极面朝上，用银线将其连接到电生理数据采集与分析系统，以Ag/AgCl为参比电极，通过0.lmol/L的磷酸盐缓冲液对器件加-0.4V至0.5V栅压，测量其电学性能。经过计算，所得具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管空穴和电子迁移率分别为4400cm2/(V.s)和3900cm2/ (V.s)，狄拉克点在0.1V附近，开关比大于2。
[0078]实施例3
[0079]本实施例用于说明本发明提供的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的制备方法。
[0080](I)将经表面抛光的、表面没有二氧化硅层的、小约为3cmX3cm的(111)晶向硅片用去离子水在80w功率下超声清洗5分钟，去除硅片表面的碎屑；再用丙酮在80w功率下超声清洗5分钟，除去其表面有机污染物；用乙醇在60w功率下清洗20分钟，去除硅片表面残留丙酮；每次清洗结束，均用氮气枪将硅片吹干；最后用功率为80w的氧等离子体清洗10分钟。
[0081](2)使用旋涂仪,将6重量％的Dextran (sigma-aldrich,相对分子质量660，000)水溶液旋涂在步骤(I)清洗过的硅片表面，甩胶机的转速为1500rpm，旋涂时间为90分钟，得到厚度为830nm的Dextran薄膜。旋涂结束后将硅片在120°C下加热3分钟，得到Si/Dextran表面。然后在Dextran薄膜上通过固体掩膜版的方法用热蒸镀仪蒸镀上厚度为7nm/56nm的第一 Cr/Au电极。固体掩膜版的图案如图2所示。
[0082](3)利用胶带通过微机械剥离的方法制备出单层石墨烯并将其转移到步骤(2)得到的薄膜上，并通过光学显微镜定位石墨烯的位置；采用电子束曝光的方法在石墨烯上形成图案。然后用热蒸镀仪蒸镀厚度为5nm/50nm的第二 Cr/Au电极,从而获得Si/Dextran基底上的石墨烯场效应晶体管。
[0083](4)将8重量％的PC (Bayer Makrolon,相对分子质量4万)氯仿溶液旋涂于步骤(4)得到的Si/Dextran基底上的石墨烯场效应晶体管的一面上,转速为1500rpm,时间为90min，总共旋涂4次，PC薄膜的厚度约为2 μ m ;旋涂结束后将硅片置于100°C下加热10分钟；用刀片将硅片四边边缘的PC膜轻轻刮掉；将硅片浸入去离子水中，50°C下加热Ih后Dextran膜完全溶解，附带有石墨烯场效应晶体管的PC薄膜与硅片分离漂浮在水上，从而得到了具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管。
[0084](5)将制备的具有柔性基底的石墨稀场效应晶体管用I父水粘贴在厚度为10ym的PET薄膜上，电极面朝上，用银线将其连接到电生理数据采集与分析系统，以Ag/AgCl为参比电极，通过0.lmol/L的磷酸盐缓冲液对器件加-0.4V至0.5V栅压，测量其电学性能。经过计算，所得具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管空穴和电子迁移率分别为4100cm2/(V.s)和3800cm2/ (V.s)，狄拉克点在0.1V附近，开关比大于2。
[0085]由以上实施例可以看出，本发明采用胶带通过微机械剥离的方法制备单层石墨烯，能够大大减少所得石墨烯场效应晶体管的褶皱，尺寸可以达到微米量级，作为传感器时具有更高的灵敏度。并且空穴迁移率和电子迁移率能够达到现有的水平，例如，文献Zengguang Cheng, Qiang Li, Zhongjun Li et.al.Suspended Graphene Sensors withImproved Signal and Reduced Noise.Nano letts.2010，10 (5)，1864 - 1868 所报道的。另外，步骤简单，条件温和，易于操作，无需特殊的大型仪器本发明的方法，能够大大节省成本。
[0086]以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0087]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0088]此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【主权项】
1.一种具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的制备方法，该方法包括: (1)在硅片上涂覆水溶性分子薄膜，然后在所述水溶性分子薄膜上制备第一电极； (2)在所述水溶性分子薄膜上形成石墨烯层，所述石墨烯层不覆盖所述第一电极，并对石墨烯层进行电子束曝光，然后在所述水溶性分子薄膜上制备第二电极，以得到石墨烯场效应晶体管；第二电极用于连接第一电极和石墨烯，并且第二电极的位置不同于第一电极的位置； (3)在硅片上具有所述石墨烯场效应晶体管的一面上涂覆非水溶性分子薄膜，得到石墨稀器件； (4)将所述石墨烯器件与水接触，使得所述石墨烯器件上的硅片脱离，从而得到具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(I)中，所述水溶性分子不溶于丙酮。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述水溶性分子为聚乙烯醇、聚丙烯酸和葡聚糖中的一种或多种。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述水溶性分子薄膜的厚度为295_850nm。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电极至少为两根，每根的厚度为50-100nm ;所述第二电极至少为两根,每根的厚度为50_100nm ； 优选地，所述第一电极和第二电极均独立地选自金电极或铬金电极；更优选地，所述第一电极和所述第二电极均为铬金电极，所述铬金电极分为铬层和金层，且铬层和金层的厚度比为1:8-12 ;所述铬层与所述水溶性分子薄膜相连。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(2)中，对所述石墨烯进行电子束曝光的条件包括:电子束电压为30kV，曝光剂量为300-400 μ C/cm2，曝光时间为l_30min。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(3)中，所述非水溶性分子为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯中的一种或多种。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其中，步骤(3)中，所述非水溶性分子薄膜的厚度大于2 μ m,优选为2-5 μ m。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(4)中，将石墨烯器件与水接触的条件包括:接触的温度为20-100°C ;时间为1-7小时。
10.权利要求1-9中任意一项所述的方法制备的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管。
【专利摘要】本发明公开了一种具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管的制备方法，包括：在硅片上涂覆水溶性分子薄膜，然后在所述水溶性分子薄膜上制备第一电极；在所述水溶性分子薄膜上形成石墨烯层，所述石墨烯层不覆盖所述第一电极，并对石墨烯层进行电子束曝光，然后在所述水溶性分子薄膜上制备第二电极，以得到石墨烯场效应晶体管；第二电极用于连接第一电极和石墨烯，并且第二电极的位置不同于第一电极的位置；在硅片上具有所述石墨烯场效应晶体管的一面上涂覆非水溶性分子薄膜，得到石墨烯器件；将所述石墨烯器件与水接触，使得所述石墨烯器件的硅片脱离，从而得到具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管。采用如上的技术方案得到的具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管性能优越，并且操作简单，成本较低。
【IPC分类】H01L21-683, H01L21-336, H01L29-78
【公开号】CN104716043
【申请号】CN201310682616
【发明人】黄凯, 杨龙, 李红变, 方英
【申请人】国家纳米科学中心
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月12日