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石墨烯微纳结构加工有哪些技术

2021-09-11
在讲解石墨烯结构如何采用微纳加工方式制造之前,博研小编先为大家普及下石墨烯的优势。
 石墨烯微纳结构加工有哪些技术
石墨烯是一种由碳原子以SP2杂化构成的新型单原子层二维材料,其拥有许多独特的光电性质,如高电子迁移率、室温量子霍尔效应、量子隧道效应、费米能级的门控可调和高度透光性等,这些独特的光电性质为石墨烯在微纳光电子器件的制备与应用奠定了基础。
 
然而石墨烯中电子与空穴的行为与一般半导体的不同,构成石墨烯的每个碳原子提供一个电子,这些电子正好把价带填满,而导带全空,其导带和价带在费米面上相交,形状像一对倒置的圆锥,没有带隙。因此将石墨烯用于电子器件的制造必须先将其带隙打开。解决这个问题的方法之一是在石墨烯上加工各种微纳结构,改变导带与价带中电子与空穴的行为。
 
此外,要将石墨烯应用到集成光学与微电子器件、微量生物或单分子传感以及DNA测序等方面,首先要对其在微纳尺度进行加工处理。目前该方法已经成功应用于场效应管、传感器、光调制器等器件的制作。但石墨烯的微纳加工制作仍存在许多技术难题和挑战:
 
一方面是因为石墨烯非常薄,对于一些普通的加工方法,很难精确控制加工位置,并且其电学性质很敏感,加工过程极易造成接触污染;
 
另一方面是器件所需的石墨烯微纳结构空间分辨率很高,所以加工要尽量做到零损伤,对加工的精度和平整度要求都很高。因此如何更好地实现石墨烯高精度微纳结构的加工,在高性能电子和光电子器件的实现方面十分必要,具有重要的现实意义。
 
目前,石墨烯微纳加工的方法大致可分为:掩膜光刻、转移压印、激光直写和激光多光束干涉光刻。
 
掩膜光刻和转移压印都是获得大面积石墨烯微纳结构的有效方法,但需借助模板,属于接触式加工,易造成接触污染,加工过程较繁琐。
 
其中,掩膜光刻需要将模板消耗掉;转移压印过程模板可重复使用,成本相对较低;激光直写和激光多光束干涉光刻属于非接触式加工、无需模板,但这两种方法在加工过程中都需要考虑到基底被破坏的因素。
 
激光直写微纳加工的结构花样较灵活,但是加工复杂结构时间较长;激光多光束干涉光刻方法只能加工干涉的花样,结构不够灵活,却加工快速。博研小编建议大家根据自己需求选择加工方法。
 

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