中使用的金屬優(yōu)選為銅，步驟a)中提供的單 晶襯底優(yōu)選由具有0. 2至0. 4nm原子間距的材料組成。當(dāng)單晶襯底的原子間距為0. 24至 0. 33nm，特別是當(dāng)單晶襯底的原子間距為0. 25至0. 30nm時，可以得到明顯很好的結(jié)果。
[0019] 具有上述原子間距的明顯合適的材料是二氧化硅、氮化硅、氮化硼、氧化鋁、金剛 石或藍(lán)寶石。例如，分別使用剛玉、金剛石（111)和藍(lán)寶石（0001)或C-平面藍(lán)寶石，可以 得到良好的結(jié)果，其中最優(yōu)選為C-平面藍(lán)寶石。因為C-平面藍(lán)寶石具有合適的晶格失配 及8. 6%的銅（111)，使得適當(dāng)?shù)膽?yīng)力提供給剝離步驟d)，所以特別優(yōu)選C-平面藍(lán)寶石。此 外，C-平面藍(lán)寶石是幾乎完美的絕緣體，具有出色及可操縱的界面特性，使得步驟d)中可 以容易地剝離金屬層，且比較便宜，并可以制造比較大的尺寸?；蹇梢跃哂腥魏螏缀涡螤?和尺寸，例如圓柱形狀，其直徑為2. 5至100cm，如大約5cm，厚度為0· 2至1毫米（mm)，如大 約 50〇Mm。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明上述實施方式的一種變型，步驟a)中可以提供結(jié)構(gòu)化襯底。例如，可 以這樣形成結(jié)構(gòu)化襯底，即通過濺射到C-平面藍(lán)寶石襯底來沉積氮化硅，然后在氮化硅上 應(yīng)用光致抗蝕劑層并曝光，得到圖案化氮化硅層，之后，去除光致抗蝕劑層，獲得圖案化襯 底。
[0021] 原則上，本發(fā)明沒有特別限制關(guān)于方法步驟b)和c)中使用的金屬的性質(zhì)。然而， 如果金屬是選自元素周期表7至12組之一，優(yōu)選為選自元素周期表8至11組之一，可以得 到良好的結(jié)果。在本發(fā)明的另一改進(jìn)中，方法步驟b)和c)中生長于襯底表面上的金屬建 議選自包含鎳、鈷、銅、銠、鈀、銀、銥、鉑、釕、金、鍺及前述金屬中兩種或更多種的任何組合 的集合。另外，可以使用金屬A和金屬B的任何組合，金屬A選自包含鎳、鈷、鐵和前述金屬 中的兩種或更多種的任何組合的組，金屬B選自包含鉬、鎢、釩和前述金屬中的兩種或更多 種的任何組合的組，其中，金屬A優(yōu)選用作下層，金屬B優(yōu)選用作上層且沉積于金屬A層上。 金屬A和金屬B的這種組合的一個特別優(yōu)選的例子是鎳和鉬的組合，其中鎳用作下層，鉬用 作上層并沉積在鎳層上。方法步驟b)中生長的金屬與方法步驟c)中生長的金屬可以相同 或者不同，其中，優(yōu)選地，方法步驟b)中生長的金屬與方法步驟c)中生長的金屬相同。
[0022] 特別優(yōu)選地，鎳層，最優(yōu)選為銅層，在方法步驟b)中生長于襯底的表面上。
[0023] 沒有限制關(guān)于方法步驟b)中金屬層沉積于襯底表面上的方法。例如，在方法步驟 b)中，可以通過電子束蒸發(fā)、離子束濺射、磁控濺射、脈沖激光沉積、原子層沉積和/或熱蒸 發(fā)的方式，將金屬層沉積于襯底表面上。
[0024]方法步驟b)中產(chǎn)生的金屬層的厚度應(yīng)足夠大，以使得所產(chǎn)生的金屬層足夠強(qiáng)，并 在剝離后易于處理。當(dāng)將厚度為至少l〇nm的金屬層生長于襯底表面上，優(yōu)選為20至100nm， 更優(yōu)選為25至75nm，甚至更優(yōu)選為30至70nm，最優(yōu)選為40至60nm，例如50nm左右，可以 得到特別好的結(jié)果。沉積速率取決于金屬層外延生長的方法，其可以介于〇. 005至0. 5納 米 / 秒（nm/sec)，例如介于 0.01 至 0.05nm/sec，如 0.03nm/sec左右。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，在方法步驟c)中金屬層的厚度增加到10至 5〇Pm，優(yōu)選為20至3〇Mm，更優(yōu)選為22. 5至27. 5Mm，如25Mm左右。優(yōu)選地，方法步驟c)中 生長的金屬與方法步驟b)中生長的金屬相同。更優(yōu)選地，方法步驟c)中生長的金屬是鎳， 最優(yōu)選地，方法步驟c)中生長的金屬是銅。
[0026] 本發(fā)明沒有特別限制關(guān)于方法步驟c)中金屬層生長于方法步驟b)得到的外延生 長的金屬層上的方式。例如，方法步驟c)中，金屬層可以通過電鍍方式沉積于方法步驟b) 得到的外延生長的金屬層上。但是，本發(fā)明沒有特別限制有關(guān)的電鍍條件。例如，電鍍可以 在1至50毫安/平方厘米（mA/cm2)的電流密度中進(jìn)行，電流密度優(yōu)選為5至20mA/cm2的 電流密度，更優(yōu)選為10至20mA/cm2的電流密度，如約15mA/cm2。當(dāng)生長速率優(yōu)選地為1 至50微米/時（Mm/h)，更優(yōu)選為5至3〇Mm/h，最優(yōu)選為10至2〇Mm/h，例如約16Mm/h，電鍍 可以在室溫至90°C的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選地溫度為50至70°C，例如約60°C。
[0027] 上述實施方式的一種替代方案中，在步驟b)和c)可以生長半金屬層，例如硅層或 者甚至非金屬層。在這種情況下，通過包括如下步驟的方法可獲得石墨烯膜： a) 提供襯底； b) 在襯底的表面上外延生長半金屬層和/或非金屬層， c) 可選地，通過在外延生長的層上生長半金屬和/或非金屬來增加步驟b)獲得的層 的厚度， d) 將步驟b)或者可選地步驟c)獲得的層從襯底剝離， e) 在步驟d)獲得的層的至少一部分表面上沉積石墨烯，該至少一部分表面在步驟d) 進(jìn)行剝離之前與襯底接觸。
[0028] 基本上，方法步驟b)中生長的層，優(yōu)選為金屬層，以及可選地方法步驟b)和c)中 生長的層，優(yōu)選為金屬層，都可以以任何合適的方式從襯底剝離，襯底優(yōu)選為單晶襯底。例 如，可以通過鑷子將金屬層從襯底剝離了出去，襯底優(yōu)選為單晶襯底，，且剝離速度介于0. 1 至10毫米/秒（mm/sec)之間，優(yōu)選為介于0. 25至2mm/sec之間，更優(yōu)選為介于0. 5至1. 5 mm/sec之間，最優(yōu)選為介于0. 8至1. 2mm/sec之間。通過將金屬層從其一個邊緣撕揭至相 對的邊緣，以便實現(xiàn)剝離，這是理所當(dāng)然的。
[0029] 或者，可以使用一載體，將方法步驟b)中生長的金屬層以及可選地方法步驟b)和 c)中生長的金屬層，從襯底剝離了出去。在本實施方式中，例如可在金屬層上旋轉(zhuǎn)涂布聚合 物膜，金屬層的涂布側(cè)與其在襯底上的表面相對。然后，以機(jī)械方式從所得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)除 去襯底，從而得到一結(jié)構(gòu)，其包含金屬層如銅層及其上的聚合物膜。大體上，聚合物膜可以 由任何聚合物制成，其適于涂覆到襯底上，形成厚度為〇. 1至lOOMffl的薄膜。特別地，如果 使用的薄膜由聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚二甲硅氧烷等等制成，則可以得到良好的 結(jié)果。此后，通過使用例如有機(jī)溶劑，如丙酮，可以從該結(jié)構(gòu)中去除聚合物膜。
[0030] 此外，優(yōu)選地，方法步驟b)和可選的c)中生長的金屬層，其被剝離后具有至多 0· 6nm的RMS(均方根）平面度，更優(yōu)選為至多0· 5nm，甚至更優(yōu)選為至多0· 4nm。根據(jù)本發(fā) 明，RMS平面度是基于DINENISO4287:2010-07 "術(shù)語、定義及表面結(jié)構(gòu)參數(shù)"來測量。
[0031] 雖然本發(fā)明不限制方法步驟e)中石墨烯是以何種方式沉積于金屬層的至少一部 分表面上，但是，根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，方法步驟e)中是通過CVD來沉積石墨 稀。
[0032] CVD可以以任何已知的方式執(zhí)行，即例如微波等離子體CVD、等離子增強(qiáng)CVD (PECVD)、或遠(yuǎn)距等離子增強(qiáng)CVD。而且，CVD可以執(zhí)行于冷壁平行板系統(tǒng)、熱壁平行板系統(tǒng) 或電子回旋共振。另外，在執(zhí)行時，CVD可以是熱絲CVD (HFCVD)、金屬有機(jī)物CVD (M0CVD) 或原子層CVD (ALD)。
[0033] 在將金屬箱從襯底剝離時，金屬箱彎曲，其中面向襯底的金屬箱的一側(cè)成凹形。優(yōu) 選地，金屬箱以這樣的形式呈現(xiàn)，即自然彎曲狀態(tài)，在剝離后，金屬箱呈進(jìn)入CVD腔室內(nèi)之 勢。換言之，在剝離金屬箱后，不用采取任何措施來進(jìn)行壓平處理。
[0034] CVD可以執(zhí)行于大氣壓強(qiáng)（APCVD)、低壓（LPCVD)或真空下，例如超真空（UVCVD)。 但是，優(yōu)選在低于大氣壓的條件下進(jìn)行CVD，優(yōu)選為1至10000帕（Pa)，更優(yōu)選為10至 lOOOPa，甚至更優(yōu)選為20至500Pa。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，CVD過程中的壓強(qiáng)為2至500Pa，更優(yōu)選為10至 250Pa，甚至更優(yōu)選為30至120Pa，特別優(yōu)選為50至lOOPa，最優(yōu)選為50至70Pa，例如61Pa。 如果CVD過程中使用這樣的壓強(qiáng)，將出現(xiàn)足夠多的用于石墨烯結(jié)晶的起始位點，使得石墨 烯生長速率快得可以在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量單晶石墨烯片段。然而，如果CVD過程中的壓強(qiáng) 較低，則石墨烯生長速率將顯著降低。
[0036] 此外，優(yōu)選的是，CVD在混合有烴類氣體和氫氣的氣氛中進(jìn)行，優(yōu)選地氣氛包含甲 烷和氫氣的混合物。此外優(yōu)選地，混合物包含的氫氣多于烴類氣體或甲烷。優(yōu)選地，CVD過 程中甲烷與氫氣的流量比為1:1至1:10,更優(yōu)選為1:2至1:5,最優(yōu)選為1:3至1:4,例如大 約1:3. 3。此外，優(yōu)選地，氣氛包含前述的混合物，即不包含除了烴類氣體和氫氣之外的其 它化合物。如果存在其它化合物，則該其它化合物優(yōu)選為惰性氣體，例如氮氣、氬氣、氦氣等 等。
[0037]CVD可以在900至1100°C的溫度下反應(yīng)1至40分鐘，例如在950至1000°C的溫度 下反應(yīng)5至20分鐘，如在大約1000°C溫度下進(jìn)行大約10分鐘。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，石墨烯膜可以是摻雜的石墨烯膜，優(yōu)選為摻雜 了選自由氮、硼、硫、磷及其任意組合而組成的組的任何元素的石墨烯膜，優(yōu)選地，石墨烯 膜摻雜有氮和/或硼。為了獲得摻雜有例如氮的這種石墨烯膜，優(yōu)選地，在步驟e)中，通 過化學(xué)氣相沉積來沉積摻雜有氮的石墨烯，其中更優(yōu)選地，化學(xué)氣相沉積是在包括有含 氮物質(zhì)的氣氛中進(jìn)行，例如氨（ammonia)、胺（amine)，如甲胺（methylamine)和/或乙胺 (ethylamine)，或三嗪（triazine)，例如1，3, 5-三嗪。石墨稀中的氮含量可以例如高達(dá) 2% (摩爾）。更具體地，步驟e)中通過化學(xué)氣相沉積來沉積摻雜氮的石墨烯，可以獲得摻雜 氮的石墨烯膜，其中化學(xué)氣相沉積是在包含1，3, 5-三嗪和可選的氫氣的氣氛中，并在500 至1000°C的溫度及總壓強(qiáng)最大為lkPa下反應(yīng)1至60分鐘。優(yōu)選地，CVD過程的壓強(qiáng)為2 至500Pa，更優(yōu)選為10至250Pa，甚至更優(yōu)選為30至120Pa，特別優(yōu)選為50至100Pa，最優(yōu) 選為50至70Pa，例如61PA。更具體地，η摻雜石墨烯可以按如下方式制備：步驟d)中獲 得的