1.6.4　衬底加工法

衬底加工法是通过对衬底的处理间接实现石墨烯的图案化加工（见图1.14）。主要过程是，首先利用机械切割法对金属衬底（镍或铜）进行图案化加工。然后将图案化的衬底放置到管式炉中用CVD法生长制备石墨烯。石墨烯只生长在碳源气体与金属衬底所接触的区域，因此在此图案化衬底上生长制备的石墨烯本身也具有图案化的特点。最后再经过转移技术将图案化的石墨烯转移到所需衬底上即完成整个加工过程［211］。

图1.14　用衬底加工法图案化石墨烯示意图［157］

衬底加工的方法将图案化加工和石墨烯生长结合在一起，不需要额外复杂的工艺，可操作性强、成本低，并可以实现大尺寸石墨烯的图案化加工。但是这种方法也有一些不足:首先，这种方法只适用于CVD法制备的石墨烯，应用范围受限；其次，CVD生长所用的金属衬底需要相互连接，因此无法对石墨烯进行分离结构的图案化加工。如图1.14所示，衬底加工法可以实现G形反结构的图案化加工。

图1.15　金属预先图案化及衬底二次加工法示意图

为了实现对石墨烯的分离型图案化（如方环、圆环、方块等周期单元）加工，作者课题组提出一种“衬底二次加工法”［157］。这里以加工方环周期图案的石墨烯为例，简单介绍这种方法的加工过程（见图1.15）。首先，利用机械切割的方法在铜箔上加工相互连接的方环周期图案。然后，以此图案化的铜箔为衬底使用CVD法制备生长单层石墨烯。根据上文所述，此时生长出来的石墨烯具有相互连接的方环周期图案。然后通过热压法将图案化的石墨烯转移到PVC衬底之上。由于PVC衬底厚度可控又具有柔性等特点，可以对PVC衬底进行机械切割图案化处理。此时只需要将PVC衬底上石墨烯图案相互连接的部分切割掉，最终即可得到分离方环形周期图案的石墨烯。这种方法打破了以前大面积石墨烯只能进行反结构图案化加工的束缚，为石墨烯进一步广泛应用到微波、毫米波器件铺平了道路。