納米碳膜的制造方法及納米碳膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米碳膜的制造方法，特別是可高質(zhì)量且便宜地制造納米碳膜的制造方法以及通過該制造方法制造的納米碳膜。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在固體碳材料中，關(guān)于全部的原子位置能夠規(guī)定的納米碳，發(fā)現(xiàn)具有在室溫下的電子的移動(dòng)度特別高、室溫下的電阻非常小、熱導(dǎo)率高這樣的性質(zhì)，因而正受到非常關(guān)注。
[0003]該納米碳根據(jù)其結(jié)構(gòu)而分類為富勒烯、碳納米管、石墨烯，但例如，提出了通過如下形成石墨烯的方法:對(duì)碳化硅(SiC)基板在真空中施予高溫?zé)崽幚?，而使該碳化硅基板的表面的硅原子升華，通過殘留的碳原子在碳化硅基板的表面形成石墨烯(特開2007-335532號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I))。
[0004]但是，在該方法中，必須在非常高的溫度下對(duì)非常高價(jià)的碳化硅基板施予熱處理，在將碳化硅基板進(jìn)行加工時(shí)也有難以加工等問題。另外，在要大量制造的情況下，必須準(zhǔn)備大量高價(jià)的碳化硅基板等，在制造過程和價(jià)格兩方面來說是制造非常困難的方法。
[0005]另外，還提出了如下的制造方法:在將碳化硅基板熱處理而制造石墨烯膜之后，與由碳化硅基板以外的硅基板或石英基板構(gòu)成的支持基板貼合，進(jìn)行剝離(特開2009-200177號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2))。
[0006]但是，自碳化硅基板剝離原子層厚度的石墨烯膜是非常困難的，存在成品率非常低這樣的問題點(diǎn)。
[0007]為了解決這些問題，還提出了如下的制造方法:使碳化硅層在硅基板上或者硅膜上成長(zhǎng)，利用激光進(jìn)行加熱而使表面成為石墨烯膜(特開2012-31011號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3))。
[0008]但是，由于使碳化硅在硅基板或者硅膜上成長(zhǎng)，在其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形從而成為缺陷多的碳化硅膜，因此發(fā)生石墨烯膜缺陷也變多這樣的問題點(diǎn)。
[0009]另外，也提出了使碳化硅層外延生長(zhǎng)，使硅原子升華從而得到石墨烯膜的手段，但這也具有缺陷多這樣的缺點(diǎn)。
[0010]另一方面，也提出了利用鎳等金屬催化劑，簡(jiǎn)便地形成石墨烯片的方法(特開2009-91174號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)4))。
[0011]但是，如果使用金屬催化劑，則電導(dǎo)率高的催化劑金屬層會(huì)殘留，無法僅使用石墨烯膜來設(shè)計(jì)功能性的電子器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明所要解決的課題
[0013]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種可便宜地制造無缺陷的納米碳膜的、使用混合(hybrid)基板的納米碳膜的制造方法以及通過該制造方法制造的納米碳膜。
[0014]用于解決課題的手段
[0015]本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提供下述的納米碳膜的制造方法和納米碳膜。
[0016][I]使用混合基板的納米碳膜的制造方法，其特征在于，自單晶的碳化硅基板的表面注入離子而形成離子注入?yún)^(qū)域，將上述碳化硅基板的經(jīng)離子注入的表面與基底(base)基板的表面貼合，隨后在上述離子注入?yún)^(qū)域使碳化硅基板剝離而制造在基底基板上轉(zhuǎn)印有包含單晶的碳化硅的薄膜的混合基板，接著加熱該混合基板而使硅原子從上述包含單晶的碳化硅的薄膜升華，得到納米碳膜。
[0017][2]如[I]所述的納米碳膜的制造方法，其特征在于，上述基底基板包括單晶硅、藍(lán)寶石、多晶硅、氧化鋁、氮化硅、氮化鋁或者金剛石。
[0018][3]如[I]或[2]所述的納米碳膜的制造方法，其特征在于，在上述碳化硅基板和/或基底基板的至少進(jìn)行上述貼合的表面，形成選自氧化硅、單晶硅、多晶硅、非晶硅、氧化鋁、氮化硅、碳化硅、氮化鋁和金剛石中的至少一種膜。
[0019][4]如[1]_[3]任一項(xiàng)所述的納米碳膜的制造方法，其特征在于，上述碳化硅基板的晶體結(jié)構(gòu)為4H-SiC、6H-SiC或3C_SiC。
[0020][5]如[1]_[4]任一項(xiàng)所述的納米碳膜的制造方法，其特征在于，上述離子注入?yún)^(qū)域的形成通過自上述碳化硅基板的表面注入至少包含氫離子的離子來進(jìn)行。
[0021][6]如[1]_[5]任一項(xiàng)所述的納米碳膜的制造方法，其特征在于，對(duì)上述碳化硅基板和/或基底基板的進(jìn)行貼合的表面進(jìn)行選自離子束處理、等離子體活化處理、臭氧處理、酸洗凈處理和堿洗凈處理中的至少一種的表面活化處理，隨后進(jìn)行上述貼合。
[0022][7]如[1]_[6]任一項(xiàng)所述的納米碳膜的制造方法，其特征在于，在將上述碳化硅基板與基底基板貼合之后，對(duì)經(jīng)離子注入的部分給予熱能、機(jī)械能或光能，在上述離子注入?yún)^(qū)域使其剝離。
[0023][8]如[1]_[7]任一項(xiàng)所述的納米碳膜的制造方法，其特征在于，上述碳化硅基板與基底基板的貼合包括150°C以上的加熱處理。
[0024][9]如[1]_[8]任一項(xiàng)所述的納米碳膜的制造方法，其特征在于，通過將上述混合基板加熱至1100°c以上使硅原子升華。
[0025][10]如[1]_[9]任一項(xiàng)所述的納米碳膜的制造方法，其特征在于，通過在減壓下對(duì)上述混合基板進(jìn)行加熱使硅原子升華。
[0026][11]如[1]_[10]任一項(xiàng)所述的納米碳膜的制造方法，其特征在于，上述納米碳膜包括碳納米管、石墨稀或富勒稀。
[0027][12]如[1]_[11]任一項(xiàng)所述的納米碳膜的制造方法，其特征在于，將進(jìn)行上述剝離后的碳化硅基板再次用于納米碳膜的制造之用。
[0028][13]納米碳膜，其通過[1]_[12]任一項(xiàng)所述的納米碳膜的制造方法制造而成。
[0029]發(fā)明效果
[0030]根據(jù)本發(fā)明，通過將單晶的碳化硅膜予以薄膜轉(zhuǎn)印至基底基板，不需要大量地準(zhǔn)備高價(jià)的碳化硅基板，能夠低成本地制造納米碳膜。另外，由于通過離子注入剝離法使碳化硅膜以薄膜狀剝離，因此可容易地得到薄膜的納米碳膜。此外，由于使高質(zhì)量的單晶的碳化硅膜的硅原子升華而制造納米碳膜，因此可得到缺陷少的高質(zhì)量的納米碳膜。
【附圖說明】
[0031]圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的納米碳膜的制造方法中的制造工序的一個(gè)例子的概略圖，(a)是經(jīng)離子注入的碳化硅基板的截面圖；(b)是基底基板的截面圖；(C)是表示已貼合碳化硅基板與基底基板的狀態(tài)的截面圖；(d)是表示已在離子注入?yún)^(qū)域使碳化硅基板剝離的狀態(tài)的截面圖；(e)是混合基板的截面圖；(f)是表示已形成納米碳膜的狀態(tài)的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的納米碳膜的制造方法進(jìn)行說明。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的納米碳膜的制造方法，如圖1所示，按照如下的順序進(jìn)行處理:對(duì)碳化硅基板的氫原子注入工序(工序I)、基底基板準(zhǔn)備工序(工序2)、碳化硅基板和/或基底基板的表面活化處理工序(工序3)、碳化硅基板與基底基板的貼合工序(工序4)、剝離處理工序(工序5)、碳化硅薄膜研磨工序(工序6)以及硅原子升華工序(工序7)。
[0034](工序1:對(duì)碳化硅基板的氫原子注入工序)
[0035]首先，將氫離子等注入單晶的碳化硅基板I形成離子注入?yún)^(qū)域2 (圖1 (a))。
[0036]在此，對(duì)基底基板3進(jìn)行貼合的單晶的碳化硅基板I優(yōu)選選自晶體結(jié)構(gòu)為4H_SiC、6H-S1C或3C-SiC的碳化硅基板。碳化硅基板I和后述的基底基板3的大小根據(jù)所需要的納米碳膜的大小和成本等進(jìn)行設(shè)定。另外，碳化硅基板I的厚度，從處理方面考慮，優(yōu)選為SEMI規(guī)格或JEIDA規(guī)格的基板厚度附近者。
[0037]在對(duì)碳化硅基板I進(jìn)行注入離子時(shí)，以在距離其表面所希望的深度能夠形成離子注入?yún)^(qū)域2那樣的注入能量，注入規(guī)定輻射劑量的至少氫離子(H+)或氫分子離子(H2+)。作為此時(shí)的條件，只要以成為所希望的薄膜厚度的方式設(shè)定離子注入能量即可?？梢酝瑫r(shí)植AHe離子、B離子等，也可以采用能獲得相同效果的任何離子。
[0038]離子注入深度取決于所希望的薄膜厚度，但通?？稍O(shè)為10nm?2000nm。
[0039]注入碳化硅基板I的氫離子(H+)的劑量?jī)?yōu)選為1.0X 1016atom/cm2?9.0X 1017atom/cm2o如果小于1.0X 1016atom/cm2，則有時(shí)界面的脆化不發(fā)生，如果超過9.0X 1017atom/cm2，則有時(shí)會(huì)在貼合后的熱處理中變成氣泡而轉(zhuǎn)印不良。
[0040]在使用氫分子離子(H2+)作為注入離子的情況下，其劑量?jī)?yōu)選為5.0X 1015atom/cm2?4.5 X 10 17atom/cm2。如果小于5.0X 1015atom/cm2，則有時(shí)界面的脆化不發(fā)生，如果超過4.5X1017atom/cm2，則有時(shí)會(huì)在貼合后的熱處理中變成氣泡而轉(zhuǎn)印不良。
[0041]另外，在碳化娃基板I的表面，如果預(yù)先形成50nm?500nm左右的氧化娃膜等絕緣膜，通過其進(jìn)行氫離子或氫分子離子的注入，則得到抑制注入離子的溝流(channeling)的效果。
[0042]予以說明，在碳化硅基板I的表面，也可以形成與在后述那樣的基底基板3上成膜的膜同樣的膜。
[0043](工序2:基底基板準(zhǔn)備工序(圖1 (b)))
[0044]作為本發(fā)明所使用的基底基板3的材料，可從單晶硅、藍(lán)寶石、多晶硅、氧化鋁、氮化硅、氮化鋁、金剛石中選擇一種。另外，基底基板3的厚度沒有特別限定，但與碳化硅基板I同樣地，為通常的SEMI規(guī)格或JEIDA規(guī)格附近的厚度，這從處理的關(guān)系來看操作容易。
[0045]另夕卜，在基底基板3的至少進(jìn)行貼合的表面，如果通過選自氧化處理、CVD (Chemical Vapor Deposit1n)法、外延處理或者派鍍法的方法，將選自氧化娃、單晶硅、多晶硅、非晶硅、氧化鋁、氮化硅、碳化硅、氮化鋁和金剛石中的至少一種的膜進(jìn)行成膜，則基底基板3與碳化硅基板I的貼合良好地進(jìn)行，因而優(yōu)選。予以說明，該膜厚期望設(shè)定為在進(jìn)行后述的熱處理時(shí)不發(fā)生剝落的厚度。另外，可根據(jù)各自膜的性質(zhì)、成本和純度等選擇成膜方法。
[0046](工序3:碳化硅基板和/或基底基板的表面活化處理工序)
[0047]接下來，對(duì)碳化硅基板I與基底基板3的進(jìn)行貼合的表面進(jìn)行選自離子束處理、