一种非损伤石墨烯纳米器件的制作方法

摘要

本发明属于电子束光刻技术领域，具体为一种使用电子束光刻、stencil、光学光刻制作石墨烯纳米器件的方法。其步骤包括：在100-300nm氮化硅隔膜上旋涂300-600nm的PMMA作为掩膜，用电子束光刻直写出100-200nm宽，200-500nm周期的叉指电极，再用RIE刻蚀100-300nm氮化硅隔膜，得到stencil；用stencil作为掩膜板，用热蒸发把100nm金蒸发到以硅为衬底的石墨烯上；然后用光学光刻定义出pads区域，再用热蒸发蒸发金，最后用lift off。本发明所需的图形化工艺条件，需要电子束光刻机、RIE、光学光刻机、SEM、热蒸发等，利用这些工具，即可实现极小尺寸器件的图形化，并制作出非损伤石墨烯纳米器件。

主权项

一种非损伤石墨烯纳米器件的制作方法，其特征在于将电子束光刻技术、Stencil光刻、光学光刻技术结合起来，制得叉指电极和pads，具体步骤如下：（一）极小线宽纳米线图形的剂量测试和氮化硅腐蚀：（1）在硅衬底上用LPCVD生长氮化硅层，氮化硅层厚度为300‑350nm；（2）在氮化硅层上旋涂PMMA，PMMA厚度为300‑350 nm，或600‑700nm；（3）用烘箱烘烤旋涂了PMMA的硅片；（4）用台阶仪测量PMMA胶厚度，如若达到所需厚度，进入步骤（5），否则返回步骤（2）重新旋涂PMMA；（5）以上述PMMA为掩蔽层，用电子束直写曝光，进行剂量测试；（6）用显影液IMBK和IPA进行显影，用异丙醇进行定影，用氮气吹干硅片；（7）在光学显微镜下初步观察图形，若观察到的图形与设计版图上的相差过大，重新旋涂PMMA、电子束曝光、显影、定影，直到在光学显微镜下看到的图形误差不大为止；（8）对曝光图形进行喷金，进行SEM观察，寻找最佳剂量，若没有最佳剂量，重复步骤（2）（3）（5）（6）（7）；若找到最佳剂量，重复步骤（2）（3）（5）（6）（7），只是（5）中使用最佳曝光剂量；（9）用RIE刻蚀以PMMA为掩膜的氮化硅；（10）对曝光图形进行喷金，用SEM观察PMMA和氮化硅的刻蚀厚度；（11）计算PMMA和氮化硅的选择比；（二）100‑120 nm或300‑350nm Stencil的制备：（12）在100‑120nm或300‑350nm氮化硅隔膜上旋涂300‑350nm或600‑700nm的PMMA；（13）重复步骤（3）—（8）；（14）用RIE刻蚀以PMMA为掩膜的氮化硅隔膜；（15）对曝光图形进行喷金，用SEM观察，如果隔膜上的叉指电极成功，stencil就做好了，否则，返回步骤（12），重新开始旋涂300‑350nm或600‑700nm的PMMA；（三）金叉指电极的制作：（16）用stencil做掩膜，热蒸发100‑120nm金到石墨烯上，在石墨烯上形成金叉指电极；（四）用光学光刻套刻定义出pads图形、热蒸发金以及剥离，得到石墨烯纳米器件：（17）在石墨烯上旋涂PMMA，在烘箱中烘胶；（18）用光学光刻做套刻，刻出pads的图形；（19）用MIBK和IPA显影，用异丙醇定影；（20）用光学显微镜观察pads图形，如果成功，就热蒸发金；否则，返回步骤（17），石墨烯上重新旋涂PMMA；（21）用丙酮和超声波清洗机对样品进行剥离，去除光刻胶PMMA及其上的金，得到石墨烯纳米器件。