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CN110234800B - 制造六方晶体结构的二维膜的方法 - Google Patents

制造六方晶体结构的二维膜的方法 Download PDF

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CN110234800B CN201880009436.3A CN201880009436A CN110234800B CN 110234800 B CN110234800 B CN 110234800B CN 201880009436 A CN201880009436 A CN 201880009436A CN 110234800 B CN110234800 B CN 110234800B
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Abstract

本发明涉及一种具有六方晶体结构的第IV族材料(特别是石墨烯)的二维膜的制造方法，所述方法包括：‑形成生长衬底(100)，包括将适合所述二维膜生长的单晶金属膜(1)转移到支持衬底(2)上，和‑在所述衬底(100)的金属膜上外延生长所述二维膜(3)。

Description

制造六方晶体结构的二维膜的方法
技术领域
本发明涉及具有六方晶体结构的元素周期表第IV族材料(特别是石墨烯)的二维膜的生长，以及包含此类膜的结构体。
背景技术
石墨烯膜在各种技术中越来越引起兴趣，特别是电子、光电子、能源、传感器，生物技术、复合材料。石墨烯膜由以二维六方晶体结构的形式排列的碳原子组成。石墨烯的特别令人感兴趣的性质有：电荷载流子的迁移率，膜平面中的导热性，光学透明性，良好的机械性能如高内聚力或拉伸强度，柔韧性和生物相容性。
已经存在用于在支持衬底上生长单原子层或几个原子层形式的石墨烯膜的方法。
第一种技术使用金属箔，特别是铜或镍作为支持衬底，并使用化学气相沉积(CVD)工艺在所述支持衬底上生长石墨烯层。可选地，将由此形成的石墨烯膜然后可以转移到另一载体上。
该技术的第一个缺点是石墨烯与铜或镍支持衬底的热膨胀系数(CTE)非常不同。
然而，由于石墨烯膜的生长在高温下(通常在1000至1100℃的范围内)进行，因此当石墨烯膜恢复到室温时，这种热膨胀系数的差异会在石墨烯膜中产生高应力。
由于石墨烯膜由不超过几个原子层组成，这些应力在冷却过程中引起石墨烯的变形和损坏。这些效应可能在石墨烯膜的后续加工步骤中加剧。
上述技术的第二个缺点是，为了完美地和可再现地控制沉积的石墨烯原子层的数量(特别是通过避免形成开始形成附加层的区域)，必须能够保证碳原子的唯一来源来自沉积气氛，而不是来自生长衬底本身。
然而，金属箔倾向于吸附也有意地强烈存在于沉积气氛中的碳原子，并且在生长或冷却期间无意地释放它们。在铜的情况下，这种吸附被认为是局部的，主要是通过晶界和铜箔中的其他缺陷，这些缺陷是多晶的。在镍的情况下，认为它倾向于暂时将碳吸附在其全部厚度中，或者从暴露于碳气氛的表面起吸附至少几微米。然而，碳在镍中的极限溶解度随温度降低，导致在石墨烯膜生长之后的冷却过程中碳的释放。
最后，为了精确且可再现地控制石墨烯的生长，例如通过仅呈现取向的晶粒(111)使铜箔良好纹理化和/或取向是不够的，因为不同晶粒的排列(如马赛克)会显著影响石墨烯膜的性质。
第二种技术因此旨在用复合衬底代替上述金属箔，该复合衬底由沉积在硅或蓝宝石衬底上的铜层构成[Miller 2012][Miller 2013][Ismach 2010][Rahimi 2014][Tao2012]。
然而，即使当优化铜层的沉积以促进沿着基板的法线轴取向(111)时，所述层仍保持纹理化(多晶)，同时在平面中存在取向变型方式(双晶)。类似地，在高温(约950℃)下对铜层进行退火使得可以生长一些晶粒，但是它们的尺寸仍然保持远低于一毫米。
沉积在这些复合衬底上的石墨烯膜具有与铜箔上获得的石墨烯膜相同的品质。
为了克服铜的多晶性的缺点，通过在小的单晶铜晶体上沉积石墨烯而进行测试，该晶体自然没有晶界[Gao 2010]。
然而，该第三种技术没有解决热膨胀系数差异的问题。此外，使用非常昂贵且太小的铜单晶不适合工业应用。最后，该技术没有解决镍的体积吸收问题。
文献US 8,501,531提出避免通过CVD沉积石墨烯，并描述了一种方法，其中具有确定的碳浓度的金属层沉积在衬底上，然后进行热处理，热处理包括：加热步骤以在金属层内扩散碳，然后是足够快速冷却的步骤以将碳迁移出金属层并使其自身组织成在所述金属层表面上的石墨烯。然而，该技术具有某些缺点。首先，应该注意石墨烯形成温度定义不明确。实际上，该技术需要将结构体暴露于高温以便将碳结合到金属层中，并且由于碳的过饱和而在冷却期间形成石墨烯。因此通常观察到石墨烯膜中的褶皱。另外，通过沉积获得的金属层是多晶的。沉积膜的粗糙度通常高，并且可以高于10nm左右。因此，对于小的厚度，即小于10nm，沉积膜的厚度控制是困难的。
发明内容
本发明的一个目的是克服上述缺点并设计一种制造具有六方晶体结构的第IV族材料(特别是石墨烯)的二维膜的方法，这使得可以精确控制一个或多个原子层的生长，并且其提供品质比目前可用的膜更好的膜。
为此，本发明提供一种制造具有六方晶体结构的第IV族材料的二维膜(3)的方法，所述方法包括：
-形成生长衬底，其包括将适合所述二维膜生长的单晶金属膜转移到支持衬底上，和
-二维膜在所述衬底的金属膜上外延生长所述二维膜。
有利的是，金属膜包含至少一种以下金属：镍、铜、铂、钴、铬、铁、锌、铝、铱、钌、银。
优选的是，金属膜的厚度为1μm以下，优选0.1μm以下。
支持衬底可以是石英、石墨、硅、蓝宝石、陶瓷、氮化物、碳化物、氧化铝或金属衬底。
根据本发明的一个实施方式，支持衬底相对于所述二维膜的材料的热膨胀系数差小于所述金属膜和所述二维膜之间的热膨胀系数差。
根据本发明的一个实施方式，转移所述金属膜的步骤包括：
-提供单晶金属供体衬底，
-组装供体衬底和支持衬底，
-将供体衬底薄化从而将所述金属膜转移到支持衬底上。
所述单晶金属供体衬底有利的是通过拉锭得到。
根据一个实施方式，所述方法还包括在供体衬底中形成脆化区从而界定要转移的单晶金属膜的步骤，并且其中将所述供体衬底薄化的步骤包括使沿脆化区剥离所述供体衬底。
根据一个实施方式，通过在所述供体衬底中注入原子物种而形成所述脆化区。
根据一个实施方式，组装所述供体衬底和支持衬底通过键合进行。
作为选择，组装所述供体衬底和支持衬底通过在供体衬底上沉积支持衬底进行。
在一个具体实施方式中，单晶金属膜为各自转移到支持衬底上的多个块的形式。
每个块有利地具有与供体衬底相同的表面积，所述表面积小于支持衬底的表面积。
根据一个实施方式，生长衬底包括可除去界面。
所述界面可以构造为通过激光剥离、化学蚀刻或机械负荷拆解。
另外，所述方法可以包括：在二维膜生长之后，使所述二维膜与生长衬底分离的步骤。
根据一个实施方式，所述分离可以包括使在单晶金属膜和支持衬底之间界面离层。
作为选择，所述分离可以包括在支持衬底中注入原子物种而形成脆化区，然后沿所述脆化区剥离所述生长衬底。
在一个具体实施方式中，所述方法包括：在所述分离之后，将新的单晶金属膜转移到支持衬底上从而形成新的生长衬底，然后在所述新的生长衬底上生长新的具有六方晶体结构的第IV族材料的二维膜。
根据另一实施方式，所述分离包括使二维与生长衬底的单晶金属膜之间界面离层。
在一个具体实施方式中，所述方法包括：在所述分离之后，再利用生长衬底来在所述衬底上生长新的具有六方晶体结构的第IV族材料的二维膜。
可选的是，所述方法可以包括：在生长所述二维膜后，蚀刻金属膜从而将所述二维膜转移到支持衬底。
根据本发明有利的实施方式，二维膜是石墨烯膜。
本发明的另一目的涉及通过刚才描述的方法获得的结构体。所述结构体依次包括支持衬底、单晶金属膜和在金属膜上的具有六方晶体结构的第IV族材料的二维膜。
根据一个实施方式，金属膜为在支持衬底的表面上分布的多个块的形式。
有利的是，所述二维膜由一个或多个单原子层组成。
根据一个实施方式，二维膜是石墨烯膜。
附图说明
当参考附图阅读下面的详细描述时，将更好地理解本发明的其他特征和优点，在所述附图中：
-图1示出了根据本发明一个实施方式的用于生长石墨烯膜的衬底；
-图2示出了根据本发明的变型的用于生长石墨烯膜的衬底；
-图3A至3B示出了根据本发明的一个实施方式的图1的衬底的制造方法的主要特征；
-图4A至4B示出了根据本发明的一个实施方式的图2的衬底的制造方法的主要步骤；
-图5A至5B示出了根据本发明的变型实施方式的图2的衬底的制造方法的主要步骤；
-图6示出了包含通过在图1的衬底上外延生长而形成的石墨烯膜的结构体；
-图7示出了在包括可除去界面的生长衬底上包含石墨烯膜的结构体；
-图8示出了结构体，其中生长衬底的金属膜在石墨烯膜生长后被蚀刻。
为了使图更容易阅读，不同的层不一定按比例表示。
具体实施方式
出于简洁的原因，以下描述涉及石墨烯膜的生长，但是本发明也适用于形成六方晶体结构的二维膜的元素周期表的其他IV族元素，即硅(薄膜材料称为“硅烯”)、锗(薄膜材料称为“锗烯”)和锡(薄膜材料称为“锡烯”)。
图1示出了根据本发明一个实施方式的用于生长石墨烯膜的衬底100。
所述衬底包括在支持衬底2上的适用于石墨烯生长的单晶金属膜1。
所述衬底通过将金属膜从供体衬底转移到支持衬底上而获得。这种转移可以通过如下所述的Smart CutTM工艺进行，但是也可以实施涉及以下过程的其他转移工艺：在支持衬底上组装供体衬底，然后将供体衬底薄化，直到获得所需厚度的金属膜。
金属膜1包含至少一种以下金属：镍、铜、铂、钴、铬、铁、锌、铝、铱、钌、银。可选地，膜可以由所述金属的合金组成，或者由包含至少一种所述金属和至少一种其他金属的合金组成。
单晶膜的厚度有利地为1μm以下，优选0.1μm以下。
该厚度通常比常规用于石墨烯生长的金属箔的厚度低至少10倍。因此，上述原子的吸附效应显著降低，特别是在其中吸附现象在整个膜的厚度上发生的镍的情况下尤其如此。
然而，这样的厚度足以实现金属膜的主要功能，所述金属膜形成用于石墨烯生长的种子层。实际上，金属膜的单晶特征允许形成具有优异晶体品质的石墨烯膜。
最后，由于其薄度，金属膜在石墨烯膜的生长期间对衬底的热膨胀几乎没有影响，所述热膨胀主要是由支持衬底的热膨胀引起。
支持衬底2的主要功能是在石墨烯膜生长期间机械支撑金属膜。
因此，支持衬底2的材料必须能够承受石墨烯膜生长的条件(特别是温度和化学环境)，这可能根据所选择的沉积技术而变化。因此，化学气相沉积(CVD)在比分子束外延(MBE)更高的温度下实施。
根据有利但非必须的实施方式，支持衬底2的材料被选择为其相对于石墨烯的热膨胀系数差异比金属膜和石墨烯之间的热膨胀系数差更小。优选的是，将石墨烯与支撑基的材料之间的热膨胀系数差异最小化，但是，回想一下当石墨烯生长温度低时，石墨烯和支持衬底材料之间的热膨胀系数差异都更容易接受。
支持衬底2有利地是单晶，因为这种构造更有利于在金属膜转移之前抛光所述衬底的表面(当这种转移涉及键合时)，但这种性质不是必须的。如下所示，支持衬底能够可选地通过沉积形成。
有利的是，支持衬底的优选材料特别是石英、石墨、硅、蓝宝石、陶瓷、氮化物、碳化物、氧化铝和金属。
可选地，支持衬底可以在与金属膜的界面处具有包封层(未示出)以促进金属膜和支持衬底之间的粘合，和/或以形成扩散阻挡从而防止支持衬底的元素对石墨烯污染。相反，当直接暴露于石墨烯膜的生长气氛时，或当暴露于金属膜的组装条件时，支持衬底的材料在某些情况下可能具有分解或劣化的迹象。扩散阻挡使得也可以在这种情况下去除或限制这些效果。所述封装层例如可以由以下材料之一制成：氧化物、氮化物、碳化物。
在获得石墨烯膜后，它可以与用于其生长的衬底剥离。
应注意，金属膜不一定在支持衬底的表面上是连续的。相反，金属膜1可以由分布在支持衬底2的表面上的一组单晶金属块10形成，所述块10可以彼此邻接或远离，如图2所示。如下所示，这些块允许使用与支持衬底的尺寸有关的小金属单晶。这里使用的尺寸是指与块和支持衬底接触的表面的表面积。块有利地是矩形的，但是其形状不受限制。作为另外的实例，这些块也可以是条带、圆盘、六边形等形式。根据所处理的供体衬底的几何形状和待形成的石墨烯膜的表面积，本领域技术人员能够确定块的形状及其在支持衬底表面上的分布。
根据本发明实施方式的生长衬底的实施例
实施例1
在本实施例中，单晶金属膜1是铜，并且支持衬底2是硅衬底，硅衬底依次涂覆有0.4-μm SiO2膜和0.1-μm铜膜以提供在支持衬底2和金属膜1之间的直接Cu/Cu金属键合。
实施例2
在本实施例中，单晶金属膜1是镍，并且支持衬底2是钼衬底，各自涂覆有0.2-μm铜膜以提供在支持衬底2和金属膜1之间的直接Cu/Cu金属键合。
实施例3
在本实施例中，单晶金属膜1是镍，并且支持衬底2是多晶AlN陶瓷，所述多晶AlN陶瓷依次涂覆有0.3-μm Si3N4膜和0.5-μm SiO2膜。
实施例4
在本实施例中，单晶金属膜1是铜，并且支持衬底2是涂覆有0.3-μm SiO2膜的蓝宝石。
实施例5
在本实施例中，单晶金属膜1是铜，并且支持衬底2是20-μm厚的多晶铜膜，该多晶铜膜通过在供体衬底中注入形成脆化区后在供体衬底上直接Cu/Cu金属键合而组装。
实施例5
在本实施例中，单晶金属膜1是铜，并且支持衬底2是镍膜，该镍膜通过在供体衬底中注入形成脆化区后在供体衬底上直接电沉积至15μm厚度而沉积。
实施例6
在本实施例中，单晶金属膜1是铜，并且支持衬底2是镍-铜合金膜，该镍-铜合金膜通过在供体衬底中注入形成脆化区后在供体衬底上直接电沉积至15μm厚度而沉积。
实施例7
在本实施例中，单晶金属膜1是镍-铜合金，并且支持衬底2是镍膜，该镍膜通过在供体衬底中注入形成脆化区后在供体衬底上直接电沉积至15μm厚度而沉积。
实施例8
在本实施例中，单晶金属膜1是在平面支撑体上连续地定位的多个单晶镍块10的形式，并且支持衬底2是镍膜，所述镍膜直接沉积在通过对多个块进行氢注入而脆化的一侧上，所述镍膜的沉积通过电沉积进行至10μm的厚度而进行。
现在将描述根据本发明的一个实施方式的如图1所示衬底的制造方法。
参考图3A，提供了由金属单晶制成的供体衬底11。
通过注入原子物种(由箭头示意)在供体衬底中形成脆化区12，所述脆化区在供体衬底11的表面上界定待转移到支持衬底上的单晶金属膜。所述原子物种(atomic species)特别可包括氢。从这个观点来看，氦是另一种特别感兴趣的物种，可以替代氢或与氢组合。
参考图3B，供体衬底11组装在支持衬底2上，待转移的金属膜位于键合界面处。
根据一个实施方式，该组装通过键合衬底2和11来实现。
根据另一个实施方式，该组装是通过根据支持衬底的性质的任何适当的沉积技术在供体衬底11上沉积支持衬底2来实现。
接下来，沿着脆化区12剥离供体衬底，所述剥离可以例如通过机械、化学和/或热应力引发。该剥离导致单晶金属膜1转移到支持衬底2。由此获得图1中所示的结构体。
可选地，在单晶金属膜的表面上进行精加工处理，以使其适合于随后的石墨烯膜的沉积。这可以例如是抛光、退火和/或蚀刻操作。
当然，技术人员能够根据供体衬底的材料和待转移的膜的厚度来定义程序。
该金属膜转移过程包括变型方式。
第一种变型方式涉及供体衬底和支持衬底的组装。因此，代替通过将供体衬底键合到支持衬底上的组装，所述组装可以由在供体基底上沉积支持衬底构成，其中待转移的膜位于供体衬底上进行沉积的一侧。可选地，在供体衬底和支持衬底之间形成扩散阻挡层，以防止不需要的物种在石墨烯层生长过程中从支持衬底扩散到石墨烯层。
第二变型方式-可选地可与第一变型方式组合-涉及用于将供体衬底薄化以将金属膜转移到支持衬底的方法。因此，替代通过沿着脆化区剥离供体衬底的薄化，可以从供体衬底的与支持衬底的界面相对的一侧去除材料(特别是通过蚀刻或机械去除，例如研磨或抛光)，直到获得要转移的金属膜所需的厚度。
现在将描述如图2所示的衬底的制造方法。
根据一个实施方式，块依次组装，然后共同转移到支持衬底。为此，提供由金属单晶制成的供体衬底11，其表面积小于用于接收它的支持衬底2的表面积。
如已经参考图3A所解释的，在供体衬底11中形成脆化区12。
参考图4A，将第一供体衬底11随后键合到支持衬底2。
参考图4B，将第二供体衬底11键合到支持衬底2，并且继续该组装操作，直到键合了获得支持衬底2上的所有块所需的所有供体基板。
接下来，沿相应的脆化区12剥离所有供体衬底11，以将所有单晶金属块10转移到支持衬底2。
可以应用上述用于将连续金属膜转移到支持衬底上的程序，在技术人员的能力范围内可以进行改变，从而将一个或多个金属块转移到支持衬底上。
根据该方法的一种变型方式(未示出)，在将第一供体衬底与支持衬底键合之后，沿着脆化区剥离所述供体衬底，以将第一单晶金属块转移至支持衬底，用随后的供体衬底重复该顺序，直到所有的段10都转移到支持衬底2上。
供体衬底可以可选地与从其收集块10的衬底相同，因此可多次使用以将块转移到相同的支持衬底2。
作为选择，供体衬底可以与从其收集块10的材料不同。在所有金属块10的转移操作结束时，所有供体基板11可以重复使用以进行新的循环。再循环操作可能是理想的或必要的。例如，抛光操作将使得可以从适当的表面粗糙度开始以得到良好品质的组装。
另外，尽管显示新的供体衬底11在距已转移的块10一定距离处，但它可以与已经转移的块10相邻定位。
因此，多个块10连续地转移到支持衬底2，从而获得图2中所示的结构体。
根据另一个实施方式，块10被组装并共同转移到支持衬底2上。
为此，如图5A所示，多个供体基板11组装在中间衬底13上，所述中间衬底基本上用作供体基板11的机械支撑或处理工具。供体基板11表示为彼此相距一定距离，但它们也可以以接合方式并置。
在每个供体基板组装到中间衬底13上之前或之后，在每个供体基板中形成脆化区12，以限定块10从而转移支持衬底。
参考图5B，带有供体基板11的中间衬底13键合到支持衬底2，供体基板11的自由表面处于键合界面。
接下来，沿其各自的脆化区12剥离所有供体基板11，以便将所有的块10转移到支持衬底2。然后获得图2中所示的结构体。
优选的是，剥离步骤对所有供体基板共同进行。
根据变型方式，可以对每个供体基板连续进行剥离步骤。
可选地，带有剩余供体衬底的中间衬底13可以再循环以用于块的新共同转移。为此，处理供体衬底的自由表面以除去与剥离有关的缺陷，在所有供体衬底中形成新的脆化区，并且带有脆化的供体衬底的中间衬底键合到新的支持衬底。
有利的是，在生长衬底制造过程的上游将块的制备组织化。为此，例如，在共同切割以形成供体衬底之前将金属锭组装在一起，然后在组装为支持衬底之前进行共同注入。
然后将具有连续或不连续(块)单晶金属膜的生长衬底用于生长石墨烯膜。
可以使用任何已知用于生长石墨烯的技术。
作为非限制性实例，可以提及化学气相沉积(CVD)和分子束外延(MBE)。允许石墨烯层生长的这些方法的参数是本领域技术人员已知或可确定的，因此，在本文中将不再详细描述。
图6显示了在生长衬底100上形成的石墨烯3膜。
石墨烯膜有利地由石墨烯的一个或多个单原子层组成，所述层可以是完整的(即在金属膜的整个表面上连续)或不完整的。
取决于石墨烯膜所针对的应用和所述膜所需的品质，可能感兴趣的是形成石墨烯的单个原子层，或石墨烯的两个以上单原子层的叠层，确保每个单原子层完整并避免在完整的单原子层上开始形成新的(不完整的)层。
石墨烯膜的这种品质控制不仅可以通过石墨烯沉积工艺的参数实现，而且可以通过用作石墨烯生长种子的金属膜的优异的晶体品质和/或薄度来实现。
实际上，一方面，精确控制所形成的单原子层的数量是基于构成石墨烯层的碳原子仅来自沉积气氛而不来自生长衬底本身的事实。
因此，在铜的情况下，本发明中使用的单晶膜所具有的品质优于现有技术中使用的多晶铜箔。在根据本发明的铜膜中使晶界或其它晶体缺陷的存在最小化的情况下，碳原子的吸附位点因此被最小化。
在镍的情况下，本发明中使用的单晶膜的优异品质具有与在铜的情况下相同的优点，由于与通常使用的箔相比单晶膜的厚度显著减小，因此所增加的碳原子吸附体积最小。
因此，由于碳原子在单晶金属膜中的吸附最小化，因此避免或至少显著减少了这些原子在石墨烯膜生长或随后冷却过程中的释放。
另一方面，在选择支持衬底2以使相对于石墨烯膜(单晶金属膜足够薄以具有可忽略的影响)的热膨胀系数具有小的差异的情况下，在石墨烯膜冷却过程中施加在石墨烯膜上的机械应力最小化。这可以防止或减少石墨烯膜的弛豫或损坏。这也有助于获得更好品质的石墨烯膜。
最后，与其中多晶铜膜沉积在支持衬底上的现有技术的复合衬底相反，本发明的金属膜是单晶的事实允许在金属膜的整个表面上控制石墨烯膜的取向(例如111)。
在石墨烯膜形成后，它可以与生长衬底分离，以可选地转移到另一载体上。
这种分离可以以不同方式进行。
根据一个实施方式，生长衬底包括可除去界面，即应力(或处理)的施加允许衬底的两个部分剥离的界面。术语界面在此以广义使用，特别是因为它可以包含非零厚度的一层或多层。
在这方面，可以使用微电子领域中的任何已知分离技术，技术人员能够根据所选择的技术选择合适的材料。
可能的技术包括(可选地组合包括)：
-施加机械应力，
-化学攻击，
-分解，
-融合，
-激光剥离。
所述可除去界面可位于在单晶金属膜和支持衬底之间或位于支持衬底内。
因此，图7示出了可除去界面I位于支持衬底2内的实施方式。
例如，所述界面I可以由键合界面、适于限制机械断裂的材料区域(例如多孔层(例如硅))、允许相对于另一层进行选择性蚀刻的层、通过在支持衬底中注入而形成的脆化区等组成。
作为选择，石墨烯膜与生长衬底的分离可以基于石墨烯领域中任何已知的拆解技术。
根据一个实施方式，石墨烯膜的拆解包括使在金属膜和支持衬底之间界面离层，然后可选地化学蚀刻金属膜。在这种情况下，支持衬底可以再利用于转移新的金属膜，以形成用于石墨烯生长的新衬底。
根据另一个实施方式，石墨烯膜的拆解包括使在石墨烯膜和金属膜之间的界面离层。在由铜箔组成的生长衬底的情况下，在[Wang 2011]中描述了这种离层技术。在这样的分层之后，生长衬底可以再利用于新的石墨烯膜的生长。
也可以通过蚀刻位于石墨烯膜和支持衬底之间的单晶金属膜，将石墨烯膜直接转移到支持衬底上。由此获得图8中所示的结构体。在其中生长衬底包含通过在涂覆有热氧化物的硅衬底上蒸发而形成的铜膜的情况下，这种方法具体在[Levendorf 2009]中描述。
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Claims (31)

1.制造具有六方晶体结构的第IV族材料的二维膜(3)的方法，所述方法包括：
-形成生长衬底(100)，其包括将适合所述二维膜生长的单晶金属膜(1)转移到支持衬底(2)上，和
-在所述生长衬底(100)的金属膜上外延生长所述二维膜(3)，
其中，所述金属膜(1)的厚度为1μm以下。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述金属膜(1)的厚度为0.1μm以下。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述金属膜(1)包含至少一种下述金属：镍、铜、铂、钴、铬、铁、锌、铝、铱、钌、银。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述支持衬底(2)是石英、石墨、硅、蓝宝石、陶瓷、氮化物、碳化物、氧化铝或金属衬底。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述支持衬底(2)相对于所述二维膜的材料的热膨胀系数差小于所述金属膜和所述二维膜之间的热膨胀系数差。
6.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，转移所述金属膜(1)的步骤包括：
-提供单晶金属供体衬底(11)，
-组装所述供体衬底(11)和所述支持衬底(2)，
-将所述供体衬底(11)薄化从而将所述金属膜转移到所述支持衬底(2)上。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述单晶金属供体衬底(11)通过拉锭得到。
8.如权利要求6所述的方法，所述方法还包括在所述供体衬底(11)中形成脆化区(12)从而界定要转移的单晶金属膜(1)的步骤，并且其中将所述供体衬底薄化的步骤包括沿所述脆化区(12)剥离所述供体衬底(11)。
9.如权利要求8所述的方法，其中，通过在所述供体衬底中注入原子物种而形成所述脆化区(12)。
10.如权利要求6所述的方法，其中，组装所述供体衬底(11)和所述支持衬底(2)通过键合进行。
11.如权利要求6所述的方法，其中，组装所述供体衬底(11)和所述支持衬底(2)通过在所述供体衬底(11)上沉积所述支持衬底(2)而进行。
12.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述单晶金属膜(1)为各自转移到所述支持衬底(2)上的多个块(10)的形式。
13.如权利要求10所述的方法，其中，所述单晶金属膜(1)为各自转移到所述支持衬底(2)上的多个块(10)的形式。
14.如权利要求13所述的方法，其中，每个块(10)具有与所述供体衬底(11)相同的表面积，所述表面积小于所述支持衬底(2)的表面积。
15.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述生长衬底(100)包括可除去界面。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述界面(I)构造为通过激光剥离拆解。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述界面(I)构造为通过化学蚀刻拆解。
18.如权利要求15所述的方法，其中，所述界面(I)构造为通过机械负荷拆解。
19.如权利要求1至3中任一项所述的方法，所述方法包括：在生长所述二维膜(3)之后使所述二维膜(3)与所述生长衬底(100)分离的步骤。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述分离包括使所述单晶金属膜(1)与所述支持衬底(2)之间的界面层离。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述分离包括在所述支持衬底(2)中注入原子物种从而形成脆化区，然后沿所述脆化区剥离所述生长衬底。
22.如权利要求19所述的方法，所述方法包括：在所述分离之后，将新的单晶金属膜(1)转移到所述支持衬底(2)上从而形成新的生长衬底(100)，然后在所述新的生长衬底(100)上生长新的具有六方晶体结构的第IV族材料的二维膜(3)。
23.如权利要求19所述的方法，其中，所述分离包括使所述二维膜(3)与所述生长衬底的单晶金属膜(1)之间的界面层离。
24.如权利要求23所述的方法，所述方法包括：在所述分离之后，再利用所述生长衬底(100)来在所述衬底上生长新的具有六方晶体结构的第IV族材料的二维膜。
25.如权利要求24所述的方法，所述方法还包括：在生长所述二维膜后，蚀刻所述金属膜(1)从而将所述二维膜转移到所述支持衬底。
26.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述二维膜(3)是石墨烯膜。
27.结构体，其依次包括支持衬底(2)、单晶金属膜(1)和在所述金属膜(1)上的具有六方晶体结构的第IV族材料的二维膜(3)，其中，所述金属膜(1)的厚度为1μm以下。
28.如权利要求27所述的结构体，其中，所述金属膜(1)的厚度为0.1μm以下。
29.如权利要求27所述的结构体，其中，所述金属膜(1)为在所述支持衬底(2)的表面上分布的多个块(10)的形式。
30.如权利要求27至29中任一项所述的结构体，其中，所述二维膜(3)由一个或多个单原子层组成。
31.如权利要求27至29中任一项所述的结构体，其中，所述二维膜(3)是石墨烯膜。
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