一種石墨烯生長襯底的複合刻蝕液及其刻蝕方法
2023-05-29 08:06:11 2
一種石墨烯生長襯底的複合刻蝕液及其刻蝕方法
【專利摘要】本發明公開了一種石墨烯生長襯底的複合刻蝕液，每100重量份刻蝕液中添加有如下重量份的物質：表面活性劑0.00001~10份；消泡劑0~10份；助溶劑0~10份。本發明中添加了表面活性劑的複合刻蝕液，可以改變刻蝕界面的性質，使刻蝕過程中的汙染物無法附著在所需石墨烯的表面，且刻蝕過程中的氣泡液無法附著，從而大大減少轉移後石墨烯的髒汙，且刻蝕後石墨烯完整度更好，更加利於石墨烯的應用。
【專利說明】一種石墨烯生長襯底的複合刻蝕液及其刻蝕方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種生長石墨烯的襯底的刻蝕轉移技術。
【背景技術】
[0002] 目前快速低成本的生長大面積、高質量的石墨烯的方法主要為化學氣相沉積法、 外延法和析出法，石墨烯需要生長在目標襯底上。生長好的石墨烯通常不能直接使用，需要 將石墨烯與襯底分離。但是分離石墨烯與襯底是，石墨烯需要附著在目標介質上，或先附著 在轉移介質上，再通過特定方法轉移到目標介質上。目前最成熟的、有效的分離石墨烯與襯 底的方法，是刻蝕掉石墨烯的生長襯底，使石墨烯剝落。
[0003] 生長石墨烯的過程，襯底中通常會有溶碳，且生長襯底較薄時，襯底兩面都一般都 會生長有石墨烯，而使用時僅需要用到其中一面的石墨烯，這樣在刻蝕的過程中，另一面使 用不到的石墨烯、襯底中的溶碳、以及刻蝕過程中的一些其他雜質會成為汙染物，沾汙需轉 移的石墨烯層，影響其外觀和性質。現有可刻蝕方法中，無法有效去除這些汙染物，或者需 要通過在刻蝕過程中的增加其他操作步，如不斷衝洗刻蝕面，使這些汙染物與所需石墨烯 分離。
[0004] 在刻蝕過程中，刻蝕液中通常會有一些氣泡的產生，這些氣泡會附著在襯底上，影 響刻蝕，最終會造成轉移後的石墨烯有破損，殘缺等，嚴重影響性能。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是克服現有的缺陷，提供了一種提高轉移後的石墨烯質 量的石墨烯生長襯底的複合刻蝕液； 本發明的另一目的是提供一種利用上述複合刻蝕液的石墨烯生長襯底的刻蝕方法。
[0006] 本發明的目的通過以下技術方案來具體實現： 一種石墨烯生長襯底的複合刻蝕液，每100重量份的刻蝕液中，添加有如下重量份的 物質： 表面活性劑O.OOOOflO份； 消泡劑 （Γιο份； 助溶劑 （Γιο份。
[0007] 作為上述的石墨烯生長襯底的複合刻蝕液的優選方案，每100重量份的刻蝕液 中，添加有如下重量份的物質： 表面活性劑0. 1~0. 5份； 消泡劑 （To. 5份； 助溶劑 0~1份。
[0008] 所述表面活性劑為陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑 或非離子表面活性劑。優選陰離子表面活性劑。
[0009] 所述消泡劑為天然油脂消泡劑、聚醚類消泡劑、高碳醇消泡劑、矽類消泡劑、聚醚 改性矽消泡劑、新型自乳化消泡劑、聚矽氧烷消泡劑中的一種或多種。
[0010] 所述助溶劑為有機酸及其鈉鹽、醯胺類、無機鹽類中的一種或多種。
[0011] 上述的石墨烯生長襯底的複合刻蝕液的最佳方案為： 每100重量份的刻蝕液中添加有如下重量份的物質： 硬脂酸甲酯聚氧乙烯醚磺酸鈉0.3份； GPE50消泡劑 〇. 1份； 尿素 0. 5份。
[0012] 一種石墨烯生長襯底的刻蝕方法，具體步驟如下： 1)轉移介質層的覆蓋：在生長有或覆蓋有石墨烯的初始基體上塗覆一層轉移介質。
[0013] 2)生長襯底的刻蝕：將覆蓋有轉移介質的石墨烯和生長襯底，用本發明複合刻蝕 液刻蝕。
[0014] 3)衝洗備用：將刻蝕淨襯底的石墨烯和轉移介質，清洗乾淨，備用。
[0015] 所述石墨烯為採用化學氣相沉積法生長的石墨烯，或外延法生長的石墨烯，或析 出法生長的石墨烯。
[0016] 優選的，採用高分子聚合物、樹脂或有機膠作為轉移介質，厚度為lnnTlOmm，優選 厚度範圍為100nnT200um。
[0017] 所述刻蝕方式為化學法刻蝕、電化學法刻蝕中的一種或兩種方式交替結合使用。
[0018] 本發明中的生長襯底為：？1:、附、(：11、(：〇、11'、1?11、411、48等金屬及其合金等導體、或 者Si、Si02、A1203等半導體、或者兩者的複合材料。優選的為Cu、Ni。
[0019] 本發明的有益效果： 1)本發明中添加了表面活性劑的複合刻蝕液，可以改變刻蝕界面的性質，使刻蝕過程 中的汙染物無法附著在所需石墨烯的表面，且刻蝕過程中的氣泡液無法附著，從而大大減 少轉移後石墨烯的髒汙，刻蝕後石墨烯完整度更好，更加利於石墨烯的應用。直觀上從本發 明方法轉移的石墨烯在矽片上的分布圖與常規方法轉移的石墨烯在矽片上的分布圖（附圖 2、3)可以清淅的看出本發明之突出效果。
[0020] 2)生長過程中會有多餘的石墨烯或其他形式的碳材料生成，這些物質不能被應用 時就成了雜質，刻蝕時這些雜質會附著在目標石墨烯層表面，影響其質量。常規方法刻蝕 的話，需要在刻蝕過程中不斷清理掉這些雜質，使用本發明的方法後，減少了清理雜質的操 作，大大簡化了刻蝕過程，使石墨烯轉移刻蝕更加高效。
[0021] 3)本發明中使用的表面活性劑對人員設備友好，在刻蝕過程中幾乎無反應消耗， 或耗量極低，可以持續使用，便於節約資源、控制成本。
[0022] 4)本發明的複合刻蝕液，配製容易，刻蝕過程簡單，便於操作，效果提升明顯，適合 推廣至規模化生產中應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實 施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中： 圖1是本發明方法的工藝流程圖； 圖2是常規方法轉移的石墨烯在矽片上的分布圖； 圖3是使用本發明方法轉移的石墨烯在矽片上的分布圖。
【具體實施方式】
[0024] 以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實 施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0025] 實施例1 : 取一片生長好石墨烯的銅箔，厚度15um，將需轉移的石墨烯面塗一層PMMA(PMMA溶解 在甲苯中，PMMA濃度為4wt. %)，旋塗速率為2000rpm，旋塗時間1分鐘。放入烘箱中，180°C 下保持30分鐘，然後取出後自然冷卻，轉移介質層厚度為500?lOOOnm。將PMMA面貼在亞 克力板上，放置到刻蝕液中，刻蝕液為含20%濃度的鹽酸，10%濃度的過氧化氫，5%濃度的硬 脂酸甲酯聚氧乙烯醚磺酸鈉的水溶液。常溫下刻蝕，至銅箔完全刻蝕淨。將PMMA/石墨烯 多次和長時間用水衝洗後，利用Si/Si02、PET、玻璃等，將PMMA/石墨烯從水中撈出，在低溫 加熱臺或者熱燈下（50?80°C )，保持60分鐘以上，使殘存的水分烘乾，並固定PMMA/石墨 烯在矽片表面。最後利用丙酮將PMMA溶解，溶解時間> 10分鐘。
[0026] 轉移到PET或玻璃上後，用透光率測試儀測試透光率，用方阻測試儀測試方阻。轉 移到矽片上後，用光學顯微鏡觀察石墨烯表面分布以及表面潔淨度。
[0027] 實施例2 : 與實施例1不同之處在於，用樹脂代替PMMA，旋塗樹脂到PET或玻璃上，將碾平的銅箔 貼合在樹脂上，經固化後，樹脂厚度為l-50um，刻蝕方法同實施例1，刻蝕清洗後，放在烘箱 中烘乾，烘箱溫度50-150°C，烘烤時間1-30分鐘。
[0028] 轉移到PET或玻璃上後，用透光率測試儀測試透光率，用方阻測試儀測試方阻，用 光學顯微鏡觀察石墨烯表面潔淨度。
[0029] 實施例3 : 與實施例1不同之處在於襯底用銅鎳合金，鎳的比例在10%-80%，合金厚度50um。刻蝕 及後處理方式同實施例1。
[0030] 轉移到PET或玻璃上後，用透光率測試儀測試透光率，用方阻測試儀測試方阻。轉 移到矽片上後，用光學顯微鏡觀察石墨烯表面分布以及表面潔淨度。
[0031] 實施例4: 與實施例1不同之處在於使用含20%濃度的鹽酸，10%濃度的雙氧水，0. 5%濃度的脂肪 醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，1%濃度的尿素，0. 2%濃度的GPE50消泡劑的水溶液作為刻蝕液。刻 蝕及後處理方式同實施例1。
[0032] 轉移到PET或玻璃上後，用透光率測試儀測試透光率，用方阻測試儀測試方阻。轉 移到矽片上後，用光學顯微鏡觀察石墨烯表面分布以及表面潔淨度。
[0033] 實施例5 : 實施例1不同之處在於使用含50%濃度的過硫酸銨，5%濃度的硬脂酸甲酯聚氧乙烯醚 磺酸鈉的水溶液作為刻蝕液，刻蝕液保持50攝氏度恆溫。刻蝕及後處理方式同實施例1。
[0034] 轉移到PET或玻璃上後，用透光率測試儀測試透光率，用方阻測試儀測試方阻。轉 移到矽片上後，用光學顯微鏡觀察石墨烯表面分布以及表面潔淨度。
[0035] 以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實 施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施 例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精 神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種石墨烯生長襯底的複合刻蝕液，其特徵在於：每100重量份的刻蝕液中，添加有 如下重量份的物質： 表面活性劑0. OOOOflO份； 消泡劑 （Γιο份； 助溶劑 （Γιο份。
2. 根據權利要求1所述的石墨烯生長襯底的複合刻蝕液，其特徵在於：每100重量份 的刻蝕液中，添加有如下重量份的物質： 表面活性劑0. 1~0. 5份； 消泡劑 （To. 5份； 助溶劑 〇~1份。
3. 根據權利要求1或2所述的石墨烯生長襯底的複合刻蝕液，其特徵在於：所述表面 活性劑為：陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑、非離子表面活性 劑中的一種或不低於一種的混合；優選的，所述表面活性劑為陰離子表面活性劑。
4. 根據權利要求1或2所述的石墨烯生長襯底的複合刻蝕液，其特徵在於：所述消泡 劑為天然油脂消泡劑、聚醚類消泡劑、高碳醇消泡劑、矽類消泡劑、聚醚改性矽消泡劑、新型 自乳化消泡劑、聚矽氧烷消泡劑中的一種或多種。
5. 根據權利要求1或2所述的石墨烯生長襯底的複合刻蝕液，其特徵在於：所述助溶 劑為有機酸及其鈉鹽、醯胺類、無機鹽類中的一種或多種。
6. 根據權利要求3至5任一項所述的石墨烯生長襯底的複合刻蝕液，其特徵在於：每 100重量份的刻蝕液中添加有如下重量份的物質： 硬脂酸甲酯聚氧乙烯醚磺酸鈉0.3份； GPE50消泡劑 〇. 1份； 尿素 0.5份。
7. -種石墨烯生長襯底的刻蝕方法，其特徵在於：具體步驟如下： 1) 轉移介質層的覆蓋：在生長有或覆蓋有石墨烯的初始基體上塗覆一層轉移介質； 2) 生長襯底的刻蝕：將覆蓋有轉移介質的石墨烯和生長襯底，用權利要求1至7所述 的複合刻蝕液刻蝕； 3) 衝洗備用：將刻蝕淨襯底的石墨烯和轉移介質，清洗乾淨，備用。
8. 根據權利要求7所述的石墨烯生長襯底的刻蝕方法，其特徵在於：所述石墨烯為採 用化學氣相沉積法生長的石墨烯，或外延法生長的石墨烯，或析出法生長的石墨烯。
9. 根據權利要求7所述的石墨烯生長襯底的刻蝕方法，其特徵在於：採用高分子聚合 物、樹脂或有機膠作為轉移介質，厚度為lnnTlOmm，優選厚度範圍為100nnT200um。
10. 根據權利要求7所述的石墨烯生長襯底的刻蝕方法，其特徵在於：所述刻蝕方式為 化學法刻蝕、電化學法刻蝕中的一種或兩種方式交替結合使用。
【文檔編號】C01B31/04GK104118871SQ201410372705
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】王煒 申請人:無錫格菲電子薄膜科技有限公司