一种悬浮式石墨烯薄膜结构的制备方法与流程

本发明涉及石墨烯压力传感器技术领域，特别涉及一种悬浮式石墨烯薄膜结构的制备方法。

背景技术：

石墨烯薄膜具有高强度、2d属性、高子迁移率，且对压力敏感、对气体具有不可穿透性等一系列的优点；另外，与传统的硅膜结构相比，1tpa的杨氏模量和0.335nm超薄的厚度赋予了石墨烯薄膜极致的力学性能。优异的电学和力学性能使得石墨烯薄膜可以应用在制造高灵敏度的悬浮式石墨烯微压传感器中。

目前，制造悬浮式石墨烯微压传感器关键技术之一是将石墨烯薄膜完整的覆盖在基底结构的空腔上并将其图形化为合适的形状，但是纳米级别厚度的超薄石墨烯薄膜转移到横向尺寸为数十微米的硅基空腔上，且后续还要直接对石墨烯薄膜进行涂胶、光刻、显影和图形化等操作，此时还要保证石墨烯薄膜结构的完整性，成功率较低。

综上，亟需一种新的悬浮式石墨烯薄膜结构的制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种悬浮式石墨烯薄膜结构的制备方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够低悬浮式石墨烯的加工制作难度，保证悬浮式石墨烯薄膜结构的覆盖完整性，成功率较高。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种悬浮式石墨烯薄膜结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，在铜基石墨烯薄膜表面涂pmma，获得铜基/石墨烯/pmma结构；

步骤2，将步骤1获得的铜基/石墨烯/pmma结构置入铜腐蚀液中，刻蚀去掉铜基底，获得pmma/石墨烯结构；

步骤3，将步骤2获得的pmma/石墨烯结构转移到硅基空腔结构上，获得pmma/石墨烯/硅结构；

步骤4，在步骤3获得的pmma/石墨烯/硅结构的pmma表面旋涂光刻胶，光刻显影，氧等离子体图形化石墨烯结构，用丙酮去除光刻胶和pmma，获得悬浮式石墨烯薄膜结构。

本发明的进一步改进在于，步骤1具体包括：在铜基石墨烯薄膜表面旋涂或者喷涂pmma，用于作为后续转移石墨烯薄膜的支撑和保护材料。

本发明的进一步改进在于，步骤1中，pmma厚度为200nm～500nm。

本发明的进一步改进在于，步骤2中，铜腐蚀液为硝酸铁溶液、过硫酸铵溶液或氯化铁溶液。

本发明的进一步改进在于，步骤3具体包括：在去离子水中，用硅基空腔结构将清洗过的pmma/石墨烯结构捞起、晾干，实现将pmma/石墨烯结构转移覆盖在硅基空腔结构上。

本发明的进一步改进在于，步骤4中，光刻胶的厚度为1微米至2微米。

本发明的进一步改进在于，步骤4中，所述光刻显影包括：将pmma/石墨烯/硅结构顶层的光刻胶经过曝光和显影之后，暴露出需要去除掉的pmma/石墨烯薄膜部分。

本发明的进一步改进在于，步骤4中，所述氧等离子体图形化石墨烯结构包括：在光刻胶的掩蔽下用氧等离子体轰击pmma/石墨烯结构，将未用光刻胶掩蔽的pmma/石墨烯结构去除掉。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种基于pmma保护情况下的悬浮式石墨烯薄膜结构的制造工艺方法，降低了悬浮式石墨烯压力传感器的加工制作难度；其中，不仅利用了pmma对石墨烯薄膜的支撑作用，将石墨烯薄膜完整的转移在空腔上，又利用了pmma对石墨烯薄膜的保护作用，能够大大减少石墨烯薄膜在图形化或后续的其他工艺过程中再次暴露破损的几率，可提高成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种悬浮式石墨烯薄膜结构的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例的一种悬浮式石墨烯薄膜结构的制备方法，具体包括以下步骤：

铜基石墨烯薄膜表面旋涂pmma(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)，获得铜基/石墨烯/pmma结构；

将铜基/石墨烯/pmma结构置入铜腐蚀液中，刻蚀掉铜基底，获得pmma/石墨烯结构；

将pmma/石墨烯结构转移到带有空腔的硅结构上，获得pmma/石墨烯/硅结构；

在pmma/石墨烯/硅结构的pmma表面旋涂光刻胶，光刻显影，氧等离子体图形化石墨烯结构，用丙酮去除光刻胶和pmma，获得悬浮式石墨烯薄膜结构。

本发明实施例中，所述的铜基石墨烯薄膜表面涂pmma具体步骤包括：在铜片上经化学气相沉积生长的石墨烯薄膜上旋涂或者喷涂200nm至500nm厚的pmma，作为后续转移石墨烯薄膜的支撑材料。

本发明实施例中，所述的腐蚀液中刻蚀掉铜基底具体步骤包括：用硝酸铁溶液、过硫酸铵溶液、氯化铁溶液将铜基底/石墨烯/pmma结构中的铜基底腐蚀掉，留下带有柔性pmma支撑的石墨烯薄膜。

本发明实施例中，所述的pmma/石墨烯转移到带有空腔硅结构上具体步骤包括：在去离子水中用带有空腔结构的硅片将清洗过的pmma/石墨烯薄膜捞起、晾干，至此，pmma/石墨烯薄膜转移覆盖在硅基空腔结构上。

本发明实施例中，所述的旋涂光刻胶工艺是直接在pmma/石墨烯/硅结构上旋涂1至2微米厚度的光刻胶。

本发明实施例中，所述的光刻显影工艺是将pmma/石墨烯/硅结构顶层的光刻胶经过曝光和显影之后，暴露出需要去除掉的pmma/石墨烯薄膜部分。

本发明实施例中，所述的氧等离子体图形化石墨烯薄膜工艺是在光刻胶的掩蔽下用氧等离子体轰击pmma/石墨烯薄膜，直至将未用光刻胶掩蔽的pmma/石墨烯薄膜去除掉。

本发明实施例中，所述的丙酮去胶工艺是将整个结构放入丙酮中浸泡，去除掉石墨烯薄膜上面的pmma和光刻胶，最终得到图形化后完整的悬浮式石墨烯薄膜结构。

本发明实施例中提供的方法不同于现有的工艺，先把pmma去除掉，然后直接在石墨烯薄膜表面进行匀胶、光刻和刻蚀等图形化工艺。本发明实施例中提供的方法不仅利用了pmma对石墨烯薄膜的支撑作用，将石墨烯薄膜完整的转移在空腔上，又利用了pmma对石墨烯薄膜的保护作用，大大减少了石墨烯薄膜在图形化或后续的其他工艺过程中再次暴露破损的几率。

综上所述，本发明公开了一种新型的加工悬浮式石墨烯结构的工艺方法，具体包括铜基石墨烯表片涂pmma，腐蚀液中刻蚀掉铜基底，pmma/石墨烯转移到带有空腔的硅结构上，旋涂光刻胶，光刻显影，氧等离子体图形化石墨烯，丙酮去胶等工艺步骤。在该新型的工艺方法中，一方面利用pmma的支撑进行石墨烯薄膜的转移，另一方面，在将石墨烯薄膜的图形化工艺中，利用pmma的保护避免了直接在极薄的石墨烯薄膜上直接匀胶，减少了对石墨烯薄膜造成破坏，降低了制备悬浮式石墨烯薄膜结构的难度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。