【摘要】 本文详细介绍了石墨烯转移的完整操作步骤，涵盖材料准备、PMMA涂覆、铜腐蚀、清洗、基底处理、去胶等关键环节，并分享了深圳六碳科技的实践经验和重要知识点，包括腐蚀液选择、基底亲水处理、去胶方法优化等，旨在帮助科研人员掌握高效、低缺陷的石墨烯转移技术。

一：石墨烯转移步骤

材料准备：

  • 质量分数 1% 的 PMMA 溶液（苯甲醚溶剂）
  • 1M~2M 的 FeCl₃溶液
  • 丙酮溶液（或者苯甲醚，用于去除 PMMA）
  • 去离子水
  • 塑料滴管

所用到的设备：加热台或者烘箱

 

具体操作：

第一步：使用旋涂PMMA薄膜的话，剪取合适大小的铜基石墨烯薄膜，用光滑的铜版纸压平。使用500转/分钟10S，然后1500转/分钟的转速20s旋涂PMMA。旋涂完成后在100度2分钟的温度下固化PMMA薄膜。（可以不加热固化，只需要放置10分钟左右，PMMA溶剂挥发自然固化）。如果使用喷涂或者抹涂的方式涂PMMA，涂100~200nmPMMA薄膜，同样100度2分钟固化PMMA薄膜，或者自然固化PMMA。

重要知识点：

1）PMMA 的厚度和均匀性对于石墨烯的转移影响不大。

2）也可以使用 PS 等容易溶解的有机膜替代 PMMA。

3）但有机支撑膜的存放时间对去胶时的残胶影响非常大。存放时间越长，残胶一般也越多。

 

第二步：准备2个玻璃培养皿，分别装上三氯化铁溶液。将第一步的样品用镊子捏住一个角，轻轻将样品防止在一个培养皿溶液的表面，背面接触溶液，涂有PMMA的正面朝上。

重要知识点：

1）铜腐蚀液的选择非常重要。深圳六碳科技尝试了各种腐蚀剂。最终选用了阿拉丁的六水三氯化铁（指南针商城同款货号：F102739）。不能使用无水三氯化铁或者过硫酸氢氨溶液，含有能导致PMMA变性的成份，导致胶残留非常多。

2）不管是哪种腐蚀液，都需要在去离子水配好后，使用抽滤或者过滤，去除溶液中的杂质。尤其是三氯化铁溶液，由于三氯化铁工业上的制备过程不够干净，总是会有少量泥沙，会导致转移的石墨烯表面较脏。

 

第三步：腐蚀 3 分钟左右，用镊子夹住样品的一个角，把样品从培养皿中竖直捞起来。用塑料滴管吸取三氯化铁溶液，冲洗样品已经被腐蚀的一面，将此面重复这个过程冲洗三次，可以将这一面的石墨烯基本冲洗掉。（如果第一次去除不干净，可以在第一次腐蚀后再腐蚀两分钟，重复冲洗一次）。

特别说明：石墨烯是在低压氛围里气相生长的，所以所有的铜表面都会生长有石墨烯，上面两步是为了把背面的石墨烯去除，只保留正面涂好pmma的石墨烯。

 

第四步：把冲洗好的样品轻轻平铺在第二个培养皿溶液的表面，大约1小时，可以将铜全部腐蚀掉，可以看到PMMA薄膜漂浮在溶液表面，石墨烯在PMMA薄膜的下表面。

重要知识点：这个接触腐蚀的过程是越短越好，可以减少腐蚀液对 PMMA 的影响。减少去胶时的残留。对于三氯化铁的浓度，这个需要尽量浓度大一些，可以减少腐蚀时间。浓度大的三氯化铁对石墨烯并没有影响。

 

第五步：使用载玻片从下往上把样品捞起来，放入盛有去离子水的培养皿中，使剩余的三氯化铁溶液稀释掉。此过程重复 3 次，每次用载玻片将石墨烯膜捞入新的去离子水中，每次浸泡 10 分钟。连续三次可以将三氯化铁残留基本清除。（如果对金属离子残留要求更为严格，建议多换几次去离子水，另外就是加入少量稀盐酸可以更彻底的去处金属离子残留）。

 

第六步：使用需要的基底，将石墨烯膜从下往上捞起来，让石墨烯薄膜处于样品的中央。出水后请将样品保持竖直，使残留的水往一个方向滴下来。然后将样品近竖直地放在吸水的材料上，使样品表面的以及基底和石墨烯之间的水自然风干。

重要知识点：基底请做亲水处理，使用氧等离子或者紫外臭氧清洗机或者食人鱼水清洗，都可以在基底表面负载上亲水基团。第一可以增强基地和石墨烯的粘附力，第二可以在捞起材料时，让水膜在基底表面平铺，促进 PMMA 薄膜在表面均匀覆盖，减少褶皱。

 

第七步：自然风干后，将样品放入90度的烘箱或者热台（110度）上，加热1个小时左右。使石墨烯和基底贴合紧密。（这个过程可以省略，事实上，如果基地经过了亲水处理，石墨烯和基底的粘附力已经足够，不需要这个烘烤过程了）。

 

第八步：待样品冷却后，将样品放入丙酮溶液里，去除PMMA。此过程重复三次，每次新丙酮浸泡30分钟（如果丙酮有加热到50度，可以将时间减少一半，加热丙酮有助于把pmma彻底去除，但可能会给造成比较多的石墨烯破损缺陷）。

重要知识点：由于丙酮属于管制品，可能实验室采购时受严格限制。可以采用苯甲醚试剂替代丙酮。而且苯甲醚无毒，更环保。丙酮对PMMA是溶胀过程，苯甲醚对于PMMA是温和的溶解过程，相对于丙酮，苯甲醚导致的破损和残胶更少一些。

 

第九步：取出样品，待表面丙酮挥发干净。样品即可拿去保存。每次使用前请放在烘箱里，90度半小时左右，去除附着的水分子。

重要知识点：石墨烯或者任何二维薄膜材料和常规的硅片等基底都是范德华力结合，结合力较弱。所以在进行微加工之前，进行真空退火都有利于增强薄膜和基底的粘附力。从而减少后续涂胶光刻去胶等过程中薄膜脱落的概率，改善器件良率。

 

以上制备操作说明，来自深圳六碳科技品牌转移经验的总结，可能需要练习几次后才能完全掌握。科学指南针商城（试剂耗材）与深圳六碳公司达成合作，如需采购相关产品，欢迎随时联系我们！

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