CN104118871B

CN104118871B - 一种石墨烯生长衬底的复合刻蚀液及其刻蚀方法

Info

Publication number: CN104118871B
Application number: CN201410372705.6A
Authority: CN
Inventors: 王炜
Original assignee: WUXI GEFEI ELECTRONIC FILM TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: Changzhou sixth element Semiconductor Co., Ltd; WUXI GRAPHENE FILM Co.,Ltd.
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2014-07-31
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2034-07-31
Also published as: CN104118871A

Abstract

本发明公开了一种石墨烯生长衬底的复合刻蚀液，每100重量份刻蚀液中添加有如下重量份的物质：表面活性剂0.00001~10份；消泡剂0~10份；助溶剂0~10份。本发明中添加了表面活性剂的复合刻蚀液，可以改变刻蚀界面的性质，使刻蚀过程中的污染物无法附着在所需石墨烯的表面，且刻蚀过程中的气泡液无法附着，从而大大减少转移后石墨烯的脏污，且刻蚀后石墨烯完整度更好，更加利于石墨烯的应用。

Description

一种石墨烯生长衬底的复合刻蚀液及其刻蚀方法

技术领域

本发明涉及一种生长石墨烯的衬底的刻蚀转移技术。

背景技术

目前快速低成本的生长大面积、高质量的石墨烯的方法主要为化学气相沉积法、外延法和析出法，石墨烯需要生长在目标衬底上。生长好的石墨烯通常不能直接使用，需要将石墨烯与衬底分离。但是分离石墨烯与衬底是，石墨烯需要附着在目标介质上，或先附着在转移介质上，再通过特定方法转移到目标介质上。目前最成熟的、有效的分离石墨烯与衬底的方法，是刻蚀掉石墨烯的生长衬底，使石墨烯剥落。

生长石墨烯的过程，衬底中通常会有溶碳，且生长衬底较薄时，衬底两面都一般都会生长有石墨烯，而使用时仅需要用到其中一面的石墨烯，这样在刻蚀的过程中，另一面使用不到的石墨烯、衬底中的溶碳、以及刻蚀过程中的一些其他杂质会成为污染物，沾污需转移的石墨烯层，影响其外观和性质。现有可刻蚀方法中，无法有效去除这些污染物，或者需要通过在刻蚀过程中的增加其他操作步，如不断冲洗刻蚀面，使这些污染物与所需石墨烯分离。

在刻蚀过程中，刻蚀液中通常会有一些气泡的产生，这些气泡会附着在衬底上，影响刻蚀，最终会造成转移后的石墨烯有破损，残缺等，严重影响性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种提高转移后的石墨烯质量的石墨烯生长衬底的复合刻蚀液；

本发明的另一目的是提供一种利用上述复合刻蚀液的石墨烯生长衬底的刻蚀方法。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种石墨烯生长衬底的复合刻蚀液，每100重量份的刻蚀液中，添加有如下重量份的物质：

表面活性剂 0.00001~10份；

消泡剂 0~10份；

助溶剂 0~10份。

作为上述的石墨烯生长衬底的复合刻蚀液的优选方案，每100重量份的刻蚀液中，添加有如下重量份的物质：

表面活性剂 0.1~0.5份；

消泡剂 0~0.5份；

助溶剂 0~1份。

所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或非离子表面活性剂。优选阴离子表面活性剂。

所述消泡剂为天然油脂消泡剂、聚醚类消泡剂、高碳醇消泡剂、硅类消泡剂、聚醚改性硅消泡剂、新型自乳化消泡剂、聚硅氧烷消泡剂中的一种或多种。

所述助溶剂为有机酸及其钠盐、酰胺类、无机盐类中的一种或多种。

上述的石墨烯生长衬底的复合刻蚀液的最佳方案为：

每100重量份的刻蚀液中添加有如下重量份的物质：

硬脂酸甲酯聚氧乙烯醚磺酸钠 0.3份；

GPE50消泡剂 0.1份；

尿素 0.5份。

一种石墨烯生长衬底的刻蚀方法，具体步骤如下：

1）转移介质层的覆盖：在生长有或覆盖有石墨烯的初始基体上涂覆一层转移介质。

2）生长衬底的刻蚀：将覆盖有转移介质的石墨烯和生长衬底，用本发明复合刻蚀液刻蚀。

3）冲洗备用：将刻蚀净衬底的石墨烯和转移介质，清洗干净，备用。

所述石墨烯为采用化学气相沉积法生长的石墨烯，或外延法生长的石墨烯，或析出法生长的石墨烯。

优选的，采用高分子聚合物、树脂或有机胶作为转移介质，厚度为1nm~10mm，优选厚度范围为100nm~200um。

所述刻蚀方式为化学法刻蚀、电化学法刻蚀中的一种或两种方式交替结合使用。

本发明中的生长衬底为：Pt、Ni、Cu、Co、Ir、Ru、Au、Ag等金属及其合金等导体、或者Si、SiO2、Al2O3等半导体、或者两者的复合材料。优选的为Cu、Ni。

本发明的有益效果：

1）本发明中添加了表面活性剂的复合刻蚀液，可以改变刻蚀界面的性质，使刻蚀过程中的污染物无法附着在所需石墨烯的表面，且刻蚀过程中的气泡液无法附着，从而大大减少转移后石墨烯的脏污，刻蚀后石墨烯完整度更好，更加利于石墨烯的应用。直观上从本发明方法转移的石墨烯在硅片上的分布图与常规方法转移的石墨烯在硅片上的分布图（附图2、3）可以清淅的看出本发明之突出效果。

2）生长过程中会有多余的石墨烯或其他形式的碳材料生成，这些物质不能被应用时就成了杂质，刻蚀时这些杂质会附着在目标石墨烯层表面，影响其质量。常规方法刻蚀的话，需要在刻蚀过程中不断清理掉这些杂质，使用本发明的方法后，减少了清理杂质的操作，大大简化了刻蚀过程，使石墨烯转移刻蚀更加高效。

3）本发明中使用的表面活性剂对人员设备友好，在刻蚀过程中几乎无反应消耗，或耗量极低，可以持续使用，便于节约资源、控制成本。

4）本发明的复合刻蚀液，配制容易，刻蚀过程简单，便于操作，效果提升明显，适合推广至规模化生产中应用。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明方法的工艺流程图；

图2是常规方法转移的石墨烯在硅片上的分布图；

图3是使用本发明方法转移的石墨烯在硅片上的分布图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

取一片生长好石墨烯的铜箔，厚度15um，将需转移的石墨烯面涂一层PMMA(PMMA溶解在甲苯中，PMMA浓度为4wt.％)，旋涂速率为2000rpm，旋涂时间1分钟。放入烘箱中，180℃下保持30分钟，然后取出后自然冷却，转移介质层厚度为500～1000nm。将PMMA面贴在亚克力板上，放置到刻蚀液中，刻蚀液为含20%浓度的盐酸，10%浓度的过氧化氢，5%浓度的硬脂酸甲酯聚氧乙烯醚磺酸钠的水溶液。常温下刻蚀，至铜箔完全刻蚀净。将PMMA/石墨烯多次和长时间用水冲洗后，利用Si/SiO2、PET、玻璃等，将PMMA/石墨烯从水中捞出，在低温加热台或者热灯下(50～80℃)，保持60分钟以上，使残存的水分烘干，并固定PMMA/石墨烯在硅片表面。最后利用丙酮将PMMA溶解，溶解时间≥10分钟。

转移到PET或玻璃上后，用透光率测试仪测试透光率，用方阻测试仪测试方阻。转移到硅片上后，用光学显微镜观察石墨烯表面分布以及表面洁净度。

实施例2：

与实施例1不同之处在于，用树脂代替PMMA，旋涂树脂到PET或玻璃上，将碾平的铜箔贴合在树脂上，经固化后，树脂厚度为1-50um，刻蚀方法同实施例1，刻蚀清洗后，放在烘箱中烘干，烘箱温度50-150℃，烘烤时间1-30分钟。

转移到PET或玻璃上后，用透光率测试仪测试透光率，用方阻测试仪测试方阻，用光学显微镜观察石墨烯表面洁净度。

实施例3：

与实施例1不同之处在于衬底用铜镍合金，镍的比例在10%-80%，合金厚度50um。刻蚀及后处理方式同实施例1。

实施例4：

与实施例1不同之处在于使用含20%浓度的盐酸，10%浓度的双氧水，0.5%浓度的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，1%浓度的尿素，0.2%浓度的GPE50消泡剂的水溶液作为刻蚀液。刻蚀及后处理方式同实施例1。

实施例5：

实施例1不同之处在于使用含50%浓度的过硫酸铵，5%浓度的硬脂酸甲酯聚氧乙烯醚磺酸钠的水溶液作为刻蚀液，刻蚀液保持50摄氏度恒温。刻蚀及后处理方式同实施例1。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种石墨烯生长衬底的刻蚀方法，其特征在于：具体步骤如下：

1）转移介质层的覆盖：在生长有或覆盖有石墨烯的初始基体上涂覆一层转移介质；

2）生长衬底的刻蚀：将覆盖有转移介质的石墨烯和生长衬底，用复合刻蚀液刻蚀；

3）冲洗备用：将刻蚀净衬底的石墨烯和转移介质，清洗干净，备用；

步骤2）中复合刻蚀液刻蚀为，每100 重量份的刻蚀液中，添加有如下重量份的物质：

表面活性剂 0.00001~10 份；

消泡剂 0~10 份；

助溶剂 0~10 份。

2.根据权利要求1 所述的石墨烯生长衬底的刻蚀方法，其特征在于：所述石墨烯为采用化学气相沉积法生长的石墨烯，或外延法生长的石墨烯，或析出法生长的石墨烯。

3.根据权利要求1 所述的石墨烯生长衬底的刻蚀方法，其特征在于：采用高分子聚合物、树脂或有机胶作为转移介质，厚度为1nm~10mm。

4.根据权利要求1 所述的石墨烯生长衬底的刻蚀方法，其特征在于：所述刻蚀方式为化学法刻蚀、电化学法刻蚀中的一种或两种方式交替结合使用。

5.一种石墨烯生长衬底的复合刻蚀液，其特征在于：每100 重量份的刻蚀液中，添加有如下重量份的物质：

硬脂酸甲酯聚氧乙烯醚磺酸钠 0.3 份；

GPE50 消泡剂 0.1 份；

尿素 0.5 份。