[發(fā)明專利]一種轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410307294.2
• 申請(qǐng)日: 2014-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN104016340B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左青云;康曉旭;李銘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海集成電路研發(fā)中心有限公司
• 主分類號(hào): C01B31/04
• 分類號(hào): C01B31/04
• 代理公司: 上海天辰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)31275
• 代理人: 吳世華,林彥之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜的方法。

背景技術(shù)

從2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫開創(chuàng)性地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨烯，石墨烯作為一種新興的材料受到世界范圍的關(guān)注，有關(guān)石墨烯的研究和應(yīng)用也是層出不窮。

石墨烯是由一層密集的、包裹在蜂巢晶體點(diǎn)陣上的碳原子組成，是世界上最薄的二維材料，理想的石墨烯為單層原子層的碳原子按照正六邊形周期排布形成。這種特殊結(jié)構(gòu)蘊(yùn)含了豐富的物理現(xiàn)象，使石墨烯表現(xiàn)出許多優(yōu)異性質(zhì)：如超高機(jī)械強(qiáng)度、高載流子遷移率、高熱導(dǎo)率等。由于石墨烯具有性能優(yōu)異、成本低廉、可加工性好等眾多優(yōu)點(diǎn)，人們普遍預(yù)測(cè)石墨烯將在電子、信息、能源、材料和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用前景，可望在21世紀(jì)掀起一場(chǎng)新的技術(shù)革命。

石墨烯薄膜的制備技術(shù)主要包括曼徹斯特大學(xué)最早使用的膠帶撕裂法、SiC高溫?zé)岱纸夥ā⒒诮饘俅呋瘎┑幕瘜W(xué)氣相淀積CVD法、化學(xué)氧化還原法等，其中以基于金屬催化劑的化學(xué)氣相淀積CVD法在薄膜應(yīng)用領(lǐng)域研究較為廣泛。基于金屬催化劑的化學(xué)氣相淀積CVD法制備完石墨烯薄膜后一般需要從初始襯底上將其轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底上，然后再進(jìn)行其他工藝加工。因此，石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移工藝直接關(guān)系著石墨烯薄膜的最終質(zhì)量和性質(zhì)。

目前轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜的技術(shù)主要有：roll-to-roll熱壓轉(zhuǎn)移法和濕法金屬腐蝕轉(zhuǎn)移法、電化學(xué)轉(zhuǎn)移法。Roll-to-roll熱壓轉(zhuǎn)移法一般用于目標(biāo)襯底為柔性襯底的材料，而后兩種則是針對(duì)目標(biāo)襯底為剛性襯底材料，本發(fā)明所指襯底是針對(duì)剛性襯底材料。

濕法金屬腐蝕轉(zhuǎn)移法和電化學(xué)轉(zhuǎn)移法，這兩種轉(zhuǎn)移方法都需要在制備好的石墨烯表面旋涂一層聚合物：聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，作為支撐體。然后通過金屬腐蝕或者電化學(xué)的方法將石墨烯薄膜從初始襯底上剝離，轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底再除去石墨烯表面作為支撐用的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，從而實(shí)現(xiàn)石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移。這些在中國(guó)發(fā)明CN101996853B和CN102719803A已有說明。然而這種轉(zhuǎn)移方法會(huì)產(chǎn)生諸多影響石墨烯薄膜質(zhì)量的問題。

首先，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA涂層的厚度最厚只能達(dá)到幾百納米，這就決定了其作為支撐體的作用較弱。當(dāng)石墨烯薄膜從初始襯底上剝離后，要在電解溶液或金屬腐蝕液中保持舒展的狀態(tài)直至完成到目標(biāo)襯底的轉(zhuǎn)移，而厚度僅有幾百納米的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA涂層顯然很難勝任這一要求。一旦發(fā)生涂層發(fā)生斷裂或折疊便會(huì)造成石墨烯薄膜的褶皺，甚至破損。

其次，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA只是用做石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移的過渡支撐體，在石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底后需要被溶解去除。實(shí)際操作中，在溶解過程中容易發(fā)生聚甲基丙烯酸甲酯PMMA去除不凈，在石墨烯薄膜上存留殘膠的現(xiàn)象，造成轉(zhuǎn)移后的石墨烯薄膜被沾污。

上述情況都將影響轉(zhuǎn)移后石墨烯薄膜的完整性和清潔度，從而影響其性能和使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的是，石墨烯薄膜在轉(zhuǎn)移過程中發(fā)生破損、褶皺，存在殘膠的問題，以提高轉(zhuǎn)移后石墨烯薄膜的完整性和清潔度，改善其性能和使用。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜的方法，包括四個(gè)步驟：

步驟1：在初始襯底上制備石墨烯薄膜；

步驟2：目標(biāo)襯底與位于初始襯底上的石墨烯薄膜直接貼合對(duì)準(zhǔn)；

步驟3：將石墨烯薄膜從初始襯底剝離，粘附并轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底；

步驟4：對(duì)目標(biāo)襯底上的石墨烯薄膜進(jìn)行清洗處理。

可選的，所述步驟1中初始襯底為金屬或帶有負(fù)載金屬催化劑。

可選的，所述金屬或負(fù)載金屬催化劑由金屬：銅Cu、鎳Ni、鐵Fe、鈷Co或鉑Pt組成。

可選的，所述金屬厚度為10納米～50微米。

可選的，在所述步驟1中在初始襯底上通過化學(xué)氣相淀積CVD工藝制備石墨烯薄膜。

可選的，所述步驟2中初始襯底上的石墨烯薄膜與目標(biāo)襯底直接貼合對(duì)準(zhǔn)后，用固定部件將兩者相對(duì)固定。

優(yōu)選的，所述固定部件為夾具。

可選的，所述步驟2中石墨烯薄膜通過光刻刻蝕工藝形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)。

可選的，所述步驟3中石墨烯薄膜通過電化學(xué)或金屬腐蝕的方法從初始襯底剝離。

可選的，所述電化學(xué)方法使用濃度為0.1mol/L～10mol/L的氫氧化鈉溶液作為電解液，兩極偏壓16～30V。

優(yōu)選的，所述偏壓為20V。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：