一种采用Stencil光刻制备非损伤石墨烯纳米器件的方法

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（300）nm氮化硅隔膜上旋涂300（600）nm的PMMA作为掩膜，用电子束光刻直写出100（200）nm宽，200（500）nm周期的叉指电极，再用RIE刻蚀100（300）nm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liftoff。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

一种采用Stencil光刻制作非损伤石墨烯纳米器件的方法，其特征在于是将电子束光刻技术、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：（1）在硅衬底上用LPCVD生长氮化硅层，氮化硅层厚度为300‑350nm；（2）在氮化硅上旋涂PMMA，PMMA厚度为300‑350 nm或600‑700nm；（3）用烘箱烘烤旋涂PMMA的硅片；（4）用台阶仪测量PMMA胶厚度，如若达到所需高度，进入步骤（5），否则返回步骤（2），重复旋涂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；（7）用异丙醇进行定影；（8）用氮气吹干硅片；（9）在光学显微镜下初步观察图形，若失败，返回步骤（2），重复旋涂PMMA；（10）对曝光图形进行喷金；（11）进行SEM观察，寻找最佳剂量，若没有最佳剂量，返回步骤（2），重复旋涂PMMA；（12）重复步骤（2）—（9），其中，步骤(5)使用最佳剂量；（13）用RIE刻蚀以PMMA为掩膜的氮化硅； （14）返回步骤（10），重复对曝光图形进行喷金； （15）用SEM观察PMMA和氮化硅的刻蚀厚度；（16）计算PMMA和氮化硅的选择比；（17）在100‑120nm氮化硅隔膜上旋涂300‑350nm的PMMA；或者在300‑350nm氮化硅隔膜上旋涂600‑700nm的PMMA；（18）重复步骤（3）—（12）；（19）用RIE刻蚀以PMMA为掩膜的氮化硅隔膜； （20）重复步骤（10）；（21）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（17），重新开始旋涂PMMA；（22）用stencil做掩膜，热蒸发100nm金到石墨烯上，在石墨烯上形成金叉指电极；（23）在石墨烯上旋涂PMMA，在烘箱中烘胶； （24）用光学光刻做套刻，刻出pads的图形；（25）用MIBK和IPA显影，用异丙醇定影；（26）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（23），石墨烯上重新旋涂PMMA；（27）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。