[發(fā)明專利]利用覆蓋構(gòu)件制造石墨烯的方法和制造包含該石墨烯的電子元件的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480036704.2
• 申請(qǐng)日: 2014-06-26
• 公開（公告）號(hào): CN105377753B
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙吉元;奉曉琎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 納米基盤柔軟電子素子研究團(tuán);浦項(xiàng)工科大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)
• 主分類號(hào): C01B32/186
• 分類號(hào): C01B32/186;C23C16/06;B01J23/755
• 代理公司: 北京信慧永光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11290
• 代理人: 董世豪;張淑珍

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供了石墨烯及其制備方法。本發(fā)明的制造石墨烯的方法包括如下步驟：(a)在基底上形成金屬催化層；(b)向步驟a的金屬催化層上引入覆蓋構(gòu)件；以及(c)通過進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，使石墨烯在步驟b的金屬催化層上生長。因此，由于覆蓋構(gòu)件的作用，通過促進(jìn)金屬催化分子在化學(xué)氣相沉積裝置中的聚集并防止金屬催化劑的蒸發(fā)，能夠改進(jìn)合成的石墨烯的品質(zhì)(例如透明度)，從而降低金屬催化劑表面上的微尺度晶粒邊界的尺寸。進(jìn)而，在化學(xué)氣相沉積裝置的有限空間中合成并有效地大量制造在多種濃度的碳源氣體中生長的石墨烯片層。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及制造石墨烯的方法和制造包含石墨烯的電子器件的方法，具體而言，本發(fā)明涉及通過化學(xué)氣相沉積使用覆蓋構(gòu)件形成石墨烯的方法、以及制造包含由此形成的石墨烯的電子器件的方法。

背景技術(shù)

石墨烯是具有平面蜂窩結(jié)構(gòu)的單層薄膜，以sp2雜化軌道通過碳原子的化學(xué)鍵合實(shí)現(xiàn)該平面蜂窩結(jié)構(gòu)。由于石墨烯具有非常高的電導(dǎo)率和柔韌性，其作為脆弱且易損壞的無機(jī)材料(例如硅)的替代物而受到關(guān)注。

合成石墨烯的方法包括機(jī)械或化學(xué)剝離、化學(xué)氣相沉積、外延合成、有機(jī)合成等。特別是，化學(xué)氣相沉積非常適于大的高品質(zhì)的石墨烯層的大量生產(chǎn)。

在目前的情況下，由于用于使石墨烯生長的金屬催化劑被直接暴露至流動(dòng)氣體，并且石墨烯生長的程度可根據(jù)原料氣體的濃度而改變，因此化學(xué)氣相沉積存在問題。在原料氣體濃度過低的情況下，難以合成石墨烯。

此外，化學(xué)氣相沉積引起石墨烯在高溫下生長。在這種情況下，隨著金屬催化劑晶粒的生長，該晶粒可在晶粒邊界處彼此接觸。在金屬催化劑的晶粒邊界處容易形成多層石墨烯，而多層石墨烯可損害最終的石墨烯片層的透光率。尤其是，由于金屬催化劑的粒徑很小并且形成了多個(gè)晶粒邊界，其中的合成石墨烯采用多層形式的區(qū)域的可能增多，由此降低了石墨烯的透光率。使用常規(guī)的化學(xué)氣相沉積制備的石墨烯面臨著合成的石墨烯透光率低的問題，這可歸因于具有小粒徑以及許多晶粒邊界的金屬催化劑。因此，需要如下石墨烯合成方法，其中，金屬催化劑的粒徑增加并且晶粒邊界的規(guī)模減小，從而抑制多層石墨烯的生長，以便增加透光率。

在石墨烯的常規(guī)合成中，在致使用于合成單層石墨烯的金屬催化劑(例如Cu)的表面暴露在沉積機(jī)中的條件下，合成石墨烯。因此，當(dāng)在與催化劑的熔點(diǎn)(例如Cu為1040℃)幾乎同樣高的溫度下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積時(shí)，催化劑的表面不期望地熔融。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

因此，本發(fā)明旨在提供利用化學(xué)氣相沉積制造石墨烯的方法，其中，將石墨烯進(jìn)行配置，從而使得在多種氣體組成條件下的薄膜層數(shù)均一，由此增高具有均一品質(zhì)的石墨烯的生產(chǎn)效率。此外，隨著粒徑的增加以及金屬催化劑表面上的晶粒數(shù)量的減少，晶粒邊界的尺寸降低，因此抑制多層石墨烯的生長(多層石墨烯易于在晶粒邊界處形成)，最終改善石墨烯的透光率。

技術(shù)方案

本發(fā)明一方面提供了制造石墨烯的方法，該方法包括：在基底上形成金屬催化層(步驟a)；向步驟a的金屬催化層上提供覆蓋構(gòu)件(步驟b)；以及通過進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，使石墨烯在步驟b的金屬催化層上生長(步驟c)。

覆蓋構(gòu)件可為基底，該基底包括選自于由無機(jī)材料、金屬以及它們的氧化物所組成的組中的至少一種。

無機(jī)材料可包括選自于由硅、陶瓷和石英所組成的組中的至少一種。

金屬可包括選自于由鋁、錫、銅、鐵、鎳、鈷和不銹鋼所組成的組中的至少一種。

基底可包括選自于由無機(jī)材料、金屬以及它們的氧化物所組成的組中的至少一種。

金屬催化層可包括選自于由鎳、鐵、銅、鉑、鈀、釕和鈷所組成的組中的至少一種。

化學(xué)氣相沉積可利用包含氫氣、氬氣、甲烷和乙烷的混合物進(jìn)行。