[發(fā)明專利]利用光刻膠支撐層無(wú)損轉(zhuǎn)移并圖案化石墨烯的方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810076894.0
• 申請(qǐng)日: 2018-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN108428794B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫洪波;馮晶;陳洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/00
• 分類號(hào): H01L51/00;H01L51/52;H01L51/56
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純

本發(fā)明公開了一種利用光刻膠支撐層無(wú)損轉(zhuǎn)移并圖案化石墨烯的方法及應(yīng)用，屬于有機(jī)發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域。采用光刻膠作為支撐層涂覆至石墨烯表面，可解決石墨烯的無(wú)損轉(zhuǎn)移和圖案化兩個(gè)問題。由于光刻膠與石墨烯表面大小適中的相互作用，可使石墨烯能夠被完整揭起并無(wú)損轉(zhuǎn)移至待加工襯底；同時(shí)可直接利用此層光刻膠層對(duì)石墨烯進(jìn)行光刻圖案化，最終可獲得具有清潔和平整表面的、精確圖案化的大面積石墨烯。對(duì)于待圖案化的石墨烯引入光刻膠支撐層，可實(shí)現(xiàn)一層兩用，即光刻膠支撐層既能幫助轉(zhuǎn)移石墨烯，又能直接為后續(xù)光刻圖案化所用。利用光刻膠支撐層直接曝光對(duì)石墨烯進(jìn)行圖案化，還能夠達(dá)到較高的分辨率，對(duì)于研發(fā)石墨烯觸摸屏具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機(jī)光電器件技術(shù)領(lǐng)域(包括有機(jī)發(fā)光二極管，有機(jī)太陽(yáng)能電池、探測(cè)器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管等)，具體涉及利用光刻膠作為支撐層，將化學(xué)氣相沉積(CVD)法生長(zhǎng)的石墨烯進(jìn)行無(wú)損轉(zhuǎn)移并圖案化，最終制備成可用于有機(jī)光電器件中，具有高透射率和低電阻的優(yōu)質(zhì)圖案化電極。

技術(shù)背景

石墨烯具有高載流子遷移率和高透射率等突出性能，已成為目前最有應(yīng)用前景的二維材料。近年來，圖案化的石墨烯作為一種高電導(dǎo)率的、可替代昂貴ITO電極的透明電極，已經(jīng)在效應(yīng)晶體管、打印電子器件和高分辨顯示器等應(yīng)用領(lǐng)域被重點(diǎn)研發(fā)?，F(xiàn)行的圖案化石墨烯的手段主要有間接和直接圖案化兩種。間接圖案化即通過將催化金屬預(yù)先圖案化的方法直接生長(zhǎng)出圖案化的石墨烯。這種方法雖然能夠大面積圖案化石墨烯，但是存在高溫退火的生長(zhǎng)過程導(dǎo)致金屬受熱形變、乃至最終影響圖案化準(zhǔn)確度的問題。直接圖案化則采用激光、電子束、離子束等高能射線直接對(duì)石墨烯進(jìn)行剪裁而使其圖案化。這種剪裁過程往往要通過逐點(diǎn)掃描的方式，耗時(shí)耗能，因此難以獲得大面積的圖案化。可見，要獲得大面積的圖案化石墨烯，急需一種新方法能同時(shí)兼顧大面積制備和高精度圖案化兩方面的加工要求。

此外，由于目前用于OLED等器件中的石墨烯，多采用CVD法在銅或鎳等催化金屬表面進(jìn)行大面積生長(zhǎng)，因此生長(zhǎng)后的石墨烯需要進(jìn)一步被轉(zhuǎn)移并集成至所需器件中。可見，將石墨烯片層從催化金屬表面轉(zhuǎn)移至器件中的目標(biāo)材料表面，是石墨烯應(yīng)用中非常關(guān)鍵的一步。為了保證石墨烯的材料性能，必須對(duì)其實(shí)現(xiàn)清潔、完整和平滑的轉(zhuǎn)移，即轉(zhuǎn)移操作不會(huì)導(dǎo)致石墨烯片層破裂、褶皺或殘留有機(jī)污染?，F(xiàn)行的主要手段是利用PMMA作為支承層來轉(zhuǎn)移石墨烯，其原理是利用PMMA與石墨烯表面較強(qiáng)的價(jià)鍵作用。然而在轉(zhuǎn)移中，二者間較強(qiáng)的相互作用容易引起石墨烯的局部不平整，使得其粗糙度顯著增加；同時(shí)，PMMA在常用有機(jī)溶劑(乙醇、丙酮等)中溶解度不高，導(dǎo)致轉(zhuǎn)移后很難被徹底去除，殘留在石墨烯表面造成污染?？傊?yīng)用中的大面積圖案化和無(wú)損轉(zhuǎn)移兩方面的困難，都急需新方法和技術(shù)予以解決。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種利用光刻膠支撐層無(wú)損轉(zhuǎn)移并大面積圖案化石墨烯的方法。采用光刻膠作為支撐層涂覆至生長(zhǎng)完畢的石墨烯表面，可一次性解決石墨烯的無(wú)損轉(zhuǎn)移和大面積圖案化兩個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)。由于光刻膠與石墨烯表面大小適中的相互作用，可使石墨烯能夠被完整揭起并無(wú)損轉(zhuǎn)移至待加工襯底；同時(shí)可直接利用此層光刻膠層對(duì)石墨烯進(jìn)行光刻圖案化，最終可獲得具有清潔和平整表面的、精確圖案化的大面積石墨烯。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種利用光刻膠支撐層轉(zhuǎn)移并圖案化石墨烯的方法，具體步驟如下：

(1)、光刻膠支撐層的制備：

首先，將光刻膠旋涂至生長(zhǎng)在銅箔上的單層石墨烯上，形成光刻膠支撐層；然后，利用等離子體刻蝕破壞生長(zhǎng)在銅箔下表面的石墨烯結(jié)構(gòu)，以保證上表面石墨烯的轉(zhuǎn)移質(zhì)量；隨后，將樣品置于過硫酸鉀的飽和溶液中刻蝕，直至完全去除銅箔；最后，將樣品轉(zhuǎn)移至去離子水中清洗3-4次，并置于去離子水中待用，并保持光刻膠支撐層在上，石墨烯在下；

(2)、石墨烯的轉(zhuǎn)移：