1.6.4　襯底加工法

襯底加工法是通過對襯底的處理間接實(shí)現(xiàn)石墨烯的圖案化加工（見圖1.14）。主要過程是，首先利用機(jī)械切割法對金屬襯底（鎳或銅）進(jìn)行圖案化加工。然后將圖案化的襯底放置到管式爐中用CVD法生長制備石墨烯。石墨烯只生長在碳源氣體與金屬襯底所接觸的區(qū)域，因此在此圖案化襯底上生長制備的石墨烯本身也具有圖案化的特點(diǎn)。最后再經(jīng)過轉(zhuǎn)移技術(shù)將圖案化的石墨烯轉(zhuǎn)移到所需襯底上即完成整個加工過程［211］。

圖1.14　用襯底加工法圖案化石墨烯示意圖［157］

襯底加工的方法將圖案化加工和石墨烯生長結(jié)合在一起，不需要額外復(fù)雜的工藝，可操作性強(qiáng)、成本低，并可以實(shí)現(xiàn)大尺寸石墨烯的圖案化加工。但是這種方法也有一些不足:首先，這種方法只適用于CVD法制備的石墨烯，應(yīng)用范圍受限；其次，CVD生長所用的金屬襯底需要相互連接，因此無法對石墨烯進(jìn)行分離結(jié)構(gòu)的圖案化加工。如圖1.14所示，襯底加工法可以實(shí)現(xiàn)G形反結(jié)構(gòu)的圖案化加工。

圖1.15　金屬預(yù)先圖案化及襯底二次加工法示意圖

為了實(shí)現(xiàn)對石墨烯的分離型圖案化（如方環(huán)、圓環(huán)、方塊等周期單元）加工，作者課題組提出一種“襯底二次加工法”［157］。這里以加工方環(huán)周期圖案的石墨烯為例，簡單介紹這種方法的加工過程（見圖1.15）。首先，利用機(jī)械切割的方法在銅箔上加工相互連接的方環(huán)周期圖案。然后，以此圖案化的銅箔為襯底使用CVD法制備生長單層石墨烯。根據(jù)上文所述，此時(shí)生長出來的石墨烯具有相互連接的方環(huán)周期圖案。然后通過熱壓法將圖案化的石墨烯轉(zhuǎn)移到PVC襯底之上。由于PVC襯底厚度可控又具有柔性等特點(diǎn)，可以對PVC襯底進(jìn)行機(jī)械切割圖案化處理。此時(shí)只需要將PVC襯底上石墨烯圖案相互連接的部分切割掉，最終即可得到分離方環(huán)形周期圖案的石墨烯。這種方法打破了以前大面積石墨烯只能進(jìn)行反結(jié)構(gòu)圖案化加工的束縛，為石墨烯進(jìn)一步廣泛應(yīng)用到微波、毫米波器件鋪平了道路。