CN104576515B - 图案化石墨烯薄膜及阵列基板的制作方法、阵列基板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图案化石墨烯薄膜的制作方法，包括：在基板上形成一层石墨烯，并在所述石墨烯上涂布感光材料；采用构图工艺使需要形成石墨烯薄膜图形区域的感光材料被去除；将已去除感光材料后裸露的石墨烯氧化成氧化石墨烯层；对整个基板进行超声波清洗，除去基板上未被氧化的石墨烯和该石墨烯上的感光材料；将氧化石墨烯层还原成石墨烯层，得到所述石墨烯薄膜。本发明还同时公开了一种阵列基板及其制作方法，运用该方法、阵列基板可减小数据线的线宽，提高开口率和分辨率。

Description

图案化石墨烯薄膜及阵列基板的制作方法、阵列基板

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种图案化石墨烯薄膜、阵列基板的制作方法、阵列基板。

背景技术

石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状结构的碳质新材料，具有优良的透光性、导热性、化学稳定性，以及目前已知最低的室温电阻率。石墨烯的室温本征电子迁移率可达200000cm²/Vs，是硅Si（1400cm²/Vs）的140倍，砷化镓GaAs（8500cm²/Vs）的20倍，氮化镓GaN（2000cm²/Vs）的100倍。而石墨烯在室温下的电阻值却只有Cu的2/3，石墨烯还可耐受1亿～2亿A/cm²的电流密度，这是Cu耐受量的100倍左右。因此，石墨烯在半导体领域具备很好的行业发展前景。

现有阵列基板的制备过程中，已将石墨烯制备成半导体有源层，但是会导致TFT开关失效，且制备过程中需要1000℃以上的高温，条件很苛刻；有的制备工艺还提到用石墨烯代替铟锡氧化物（ITO）材料制备像素电极等，但并未提及如何在基板上制备出石墨烯薄膜。可见，由于石墨烯制备条件非常苛刻，如何大面积均匀地将石墨烯薄膜沉积在基板上，一直是制约其应用的技术难题。发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种图案化石墨烯薄膜、阵列基板的制作方法、阵列基板，可减小数据线的线宽，提高开口率和分辨率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种图案化石墨烯薄膜的制作方法，该方法包括：

首先，在基板上形成一层石墨烯，并在所述石墨烯上涂布感光材料；

之后，采用构图工艺使需要形成石墨烯薄膜图形区域的感光材料被去除；

然后，将已去除感光材料后裸露的石墨烯氧化成氧化石墨烯层；

然后，对整个基板进行超声波清洗，除去基板上未被氧化的石墨烯和该未被氧化的石墨烯上的感光材料；

最后，将氧化石墨烯层还原成石墨烯层，得到所述石墨烯薄膜。

具体地，所述石墨烯的形成方法包括：

采用两个石墨电极真空蒸镀的方法在基板上形成厚度为100nm的石墨烯，所述真空度为10-5Torr，两个石墨电极相对放置，一个为尖状电极，一个为斜面电极，所述尖状电极的尖端正对于所述斜面电极的中心区域，两电极平行基板放置、且位于基板上方，石墨电极中通过的电流为10安。

具体地，所述将石墨烯氧化成氧化石墨烯层的方法，包括：

采用强氧化剂对整个基板进行喷淋，将裸露的石墨烯氧化成氧化石墨烯层。

具体地，所述将氧化石墨烯层还原成石墨烯层的方法，包括：采用还原性溶液将氧化石墨烯层还原成石墨烯层。

一种阵列基板的制作方法，包括：在基板上形成的信号线，所述信号线采用上述图案化石墨烯薄膜的方法形成。

具体地，所述信号线的形成方法，具体包括：

在基板上形成一层石墨烯，并在所述石墨烯上涂布感光材料；

通过构图工艺去除需要形成所述信号线的图形区域的感光材料；

将已去除感光材料后裸露的所述信号线的图形区域的石墨烯氧化成氧化石墨烯层；

对整个基板进行超声波清洗之后，将所述氧化石墨烯层还原为石墨烯层，形成所述信号线。

具体地，所述将信号线的图形区域的石墨烯氧化成氧化石墨烯层，包括：

采用强氧化剂对基板进行喷淋，将所述裸露的信号线的图形区域的石墨烯氧化成氧化石墨烯层。

具体地，所述信号线为栅极、栅线或数据线。

一种阵列基板，包括：信号线，所述信号线由上述所述阵列基板的制作方法形成。

具体地，所述信号线为栅线或数据线。

本发明提供的图案化石墨烯薄膜、阵列基板的制作方法、阵列基板，制作石墨烯薄膜时，在基板上形成一层石墨烯，并在所述石墨烯上涂布感光材料；采用构图工艺使需要形成石墨烯薄膜图形区域的感光材料被去除；将已去除感光材料后裸露的石墨烯氧化成氧化石墨烯层；对整个基板进行超声波清洗，除去基板上未被氧化的石墨烯和该未被氧化的石墨烯上的感光材料；将氧化石墨烯层还原成石墨烯层，得到所述石墨烯薄膜。由于石墨烯的电子迁移率远高于金属，因此，如采用本发明的方法可在保证负载的条件下，获得更小的数据线的线宽，进而提高开口率，也适用于高分辨率的产品。

附图说明

图1为本发明实施例一所述阵列基板的制作方法流程图；

图2为本发明实施例一所述半导体有源层形成后的基板的平面图和TFT区域平行栅线方向的剖视图；

图3为本发明实施例一在基板上形成石墨烯后的平面图和TFT区域平行栅线方向的剖视图；

图4为本发明实施例一基板上涂布的光刻胶经构图之后的平面图和TFT区域平行栅线方向的剖视图；

图5为本发明实施例一所述源极、漏极和数据线对应区域的石墨被氧化后基板的平面图和TFT区域平行栅线方向的剖视图；

图6为图5中所述基板经超声波清洗后的平面图和TFT区域平行栅线方向的剖视图；

图7为图6中所述基板经还原性溶液处理后的平面图和TFT区域平行栅线方向的剖视图；

图8为本发明另一实施例所述经氧化石墨烯溶液喷淋并烘干后的基板平面图和TFT区域平行栅线方向的剖视图；

图9为图8所述基板上氧化石墨烯还原后的平面图和TFT区域平行栅线方向的剖视图。

附图标记说明：

1基板；2栅极；3栅线；4栅绝缘层；5a-Si半导体层；6欧姆接触层；7石墨烯；8光刻胶；9氧化石墨烯层；10源极；11漏极；12数据线。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供了一种图案化石墨烯薄膜的制作方法，该方法包括：

首先，在基板上形成一层石墨烯，并在所述石墨烯上涂布感光材料；

之后，采用构图工艺使需要形成石墨烯薄膜图形区域的感光材料被去除；

然后，将已去除感光材料后裸露的石墨烯氧化成氧化石墨烯层，其中，感光材料可以为光刻胶；

然后，对整个基板进行超声波清洗，除去基板上未被氧化的石墨烯和该未被氧化的石墨烯上的感光材料；

最后，将氧化石墨烯层还原成石墨烯层，得到所述石墨烯薄膜。

优选的，所述石墨烯的形成方法包括：

采用两个石墨电极真空蒸镀的方法在基板上形成厚度为100nm的石墨烯，所述真空度为10^-5Torr，两个石墨电极相对放置，一个为尖状电极，一个为斜面电极，所述尖状电极的尖端正对于所述斜面电极的中心区域，两电极平行基板放置、且位于基板上方，石墨电极中通过的电流为10安。

优选的，所述将石墨烯氧化成氧化石墨烯层的方法，包括：

采用强氧化剂对整个基板进行喷淋，将裸露的石墨烯氧化成氧化石墨烯层。

优选的，所述将氧化石墨烯层还原成石墨烯层的方法，包括：采用还原性溶液将氧化石墨烯层还原成石墨烯层。

本发明实施例提供的图案化石墨烯薄膜的制备方法明确，可行性高，由于石墨烯的优良性能，可以将其应用到金属线或金属薄膜的制备中。

本发明实施例所述图案化石墨烯薄膜的制作方法可有多种应用，例如应用到阵列基板的制备过程中，如：阵列基板中的信号线由石墨烯形成，所述信号线可以为栅线、数据线、公共电极线等金属线，所述石墨烯是由氧化石墨烯经还原所得，制备所得的阵列基板可减小信号线的线宽，提高开口率和分辨率。

需要说明的是，本发明实施例不仅适用于TN型阵列基板、还适用于其他类型的阵列基板，例如：高级超维场转换技术（Advanced Super Dimension Switch，ADS）型或平面转换（In-Plane Switching，IPS）型阵列基板，下面的实施例均以TN型阵列基板为例进行阐述。

图1为本发明实施例一所述阵列基板的制作方法流程图，以TN型阵列基板为例，阵列基板中的信号线都可以采用下述制备方法，所述信号线可以为栅线、数据线或公共电极线等，图1仅以制备源极、漏极和数据线为例进行说明，具体包括如下步骤：

步骤101：在基板上形成栅金属层薄膜，通过构图工艺形成栅线和栅极；

具体为：在基板1上利用磁控溅射工艺沉积一层栅金属层薄膜，金属材料通常可以为钼、铝、铜、铬或其合金等金属，也可使用上述材料薄膜的组合结构。然后，采用掩膜版通过曝光、显影、刻蚀、剥离的构图工艺处理，在基板1上形成多条平行的栅线3和与所述栅线相连的栅极2，如图2所示。

步骤102：在形成有栅线和栅极的基板上形成栅绝缘层薄膜、半导体有源层薄膜，通过构图工艺形成栅绝缘层和半导体有源层；

具体为：利用等离子体增强化学气相沉积法在栅极2、栅线3上沉积栅绝缘层薄膜，形成覆盖整个基板的栅绝缘层4，其材料通常为氮化硅，也可为氧化硅和氮氧化硅等。然后，在栅绝缘层4上沉积半导体有源层薄膜，并采用掩膜版通过曝光、显影、刻蚀、剥离的构图工艺处理形成半导体有源层，所述半导体有源层包括由α-Si半导体层5和由n+α-Si形成的欧姆接触层6，如图2所示。

步骤103：在形成有半导体有源层的基板上形成由石墨烯组成的源极、漏极和数据线；

这里，在基板上形成一层石墨烯，并在所述石墨烯上涂布感光材料；通过构图工艺去除需要形成所述源极、漏极和数据线的图形区域的感光材料，需要说明的是，形成源极和漏极图形还需要增加一次构图工艺将位于源极和漏极之间的石墨烯及部分有源层刻蚀掉，也可以在形成图案化的石墨烯源极和漏极图形后再进行部分有源层的刻蚀；之后将已去除感光材料后裸露的所述源极、漏极和数据线的图形区域的石墨烯氧化成氧化石墨烯层；对整个基板进行超声波清洗之后，除去基板上未被氧化的石墨烯和该未被氧化的石墨烯上的感光材料，将所述氧化石墨烯层还原为石墨烯层，形成源极、漏极和数据线；该步骤具体包括：

在基板上形成石墨烯7，厚度约为100nm，如图3所示，所述石墨烯7可采用石墨电极真空蒸镀的方法形成，所述真空度为10^-5Torr，两个高纯度石墨棒相对放置，一个为尖状电极，一个为斜面电极，所述尖状电极的尖端正对于所述斜面电极的中心位置处，两电极平行基板放置，位于基板上方，约基板上方10cm位置处，通电电流约为10安。

然后，在所述石墨烯7上涂布光刻胶8，曝光、显影、刻蚀、剥离的构图工艺处理，令所需形成的源极、漏极和数据线的图形区域的感光材料去除，即：令所述源极、漏极和数据线对应区域的石墨烯7裸露，如图4所示。

然后，采用强氧化剂对基板进行喷淋，在喷淋过程中，将所述裸露的石墨烯7氧化成氧化石墨烯层9，如图5所示。

然后，将基板用高强度超声波进行清洗，由于氧化石墨烯层9与石墨烯7在半导体有源层表面的附着力不同，石墨烯7的附着力较差，因此超声波会洗掉未被氧化的石墨烯7及其上附着的光刻胶。对于氧化石墨烯层9，由于水分子会插入氧化石墨烯的层与层之间，水分子在超声波的作用下震动，逐渐将氧化石墨烯在层与层之间剥离，达到所需的氧化石墨烯层9的厚度，即所需的源极、漏极和数据线金属层的厚度，通常为30nm左右，如图6所示。

然后再用肼水等还原性溶液将氧化石墨烯层9还原成石墨烯层，上文所述源极、漏极和数据线金属层的厚度的范围由还原时间及还原性溶液的浓度来确定，不同的产品要求的膜层厚度不同，最终形成的源极10、漏极11和数据线12的结构如图7所示。

优选的，该方法还包括：步骤104：在形成有源极、漏极和数据线的基板上依次形成钝化层薄膜和像素电极层薄膜，并通过构图工艺形成钝化层和像素电极；

具体为：在形成有源极、漏极和数据线的基板上旋涂丙烯酸树脂材料，或者沉积SiO₂或SiN_x形成覆盖整个基板的钝化层，并采用干法刻蚀法在钝化层上形成过孔。之后，在形成有过孔的钝化层的基板上可磁控溅射沉积ITO，并采用湿法刻蚀形成像素电极，所述像素电极通过钝化层上的过孔与漏极相连，此步骤为现有技术，不再详述。

下面对本发明另一实施例阵列基板的制备方法进行描述，该方法包括如下步骤：

步骤一、在基板上形成栅金属层薄膜，通过供图工艺形成栅线和栅极；

步骤二、在形成有栅线和栅极的基板上形成栅绝缘层薄膜、半导体有源层薄膜，通过构图工艺形成栅绝缘层和半导体有源层；

步骤三、在形成有半导体有源层的基板上形成由石墨烯组成的源极、漏极和数据线；

优选的，还包括步骤四：在形成有源极、漏极和数据线的基板上依次形成钝化层薄膜和像素电极层薄膜，并通过构图工艺形成钝化层和像素电极。

需要说明的是，除步骤三之外，本实施例与实施例一的实现方法相同，此处不再详述，仅对步骤三进行细化描述。

步骤三、在形成有半导体有源层的基板上形成由石墨烯组成的源极、漏极和数据线；具体的，

在形成有半导体有源层的基板上涂布一层光刻胶，之后通过构图工艺形成所需的源极、漏极和数据线的图形；然后，在基板上喷淋氧化石墨烯溶液，烘干后将氧化石墨烯层还原成石墨烯层；最后，清洗掉基板上的光刻胶。

该步骤具体包括：在半导体有源层制备完成后，在基板上涂布一层光刻胶（覆盖整个基板），之后通过曝光、显影、刻蚀、剥离的构图工艺处理，将需要形成源极、漏极和数据线的图形区域的光刻胶去除；

然后，在覆盖有光刻胶8的基板上喷淋氧化石墨烯溶液，所述氧化石墨烯溶液将填充在光刻胶8被刻蚀掉的对应源极、漏极和数据线的区域，之后烘干基板，形成氧化石墨烯层9，如图8所示；

然后，采用肼水等还原性溶液将氧化石墨烯层还原成石墨烯层，如图9所示；

最后，将基板上的光刻胶8清洗掉，如图7所示，完成由图案化石墨烯得到的源极10、漏极11和数据线12的制备。

综上，本发明源极、漏极和数据线由石墨烯组成，替代传统的金属材料，由于石墨烯的电子迁移率远高于金属，因此，如采用本发明的方法可在保证负载的条件下，获得更小的数据线的线宽，提高开口率和分辨率。

本发明实施例还提供了一种阵列基板，包括：信号线，所述信号线由上文所述的方法形成。

优选的，所述信号线包括：栅线或数据线。

下面结合附图对本发明实施例的阵列基板的结构进行简单描述，如图7所示，以TN型阵列基板为例，包括：基板1、形成于基板1上的栅线3和栅极2、覆盖于栅线3和栅极2以及基板1上的栅绝缘层4，在栅绝缘层4上对应TFT区域形成有由a-Si半导体层5和欧姆接触层6组成的半导体有源层，在形成有栅极2、栅线3、栅绝缘层4、半导体有源层的基板形成有源极10、漏极11和数据线12（所述数据线12与源极10相连），以及与漏极11相连的像素电极（图中未示出）。

其中，所述栅极2、栅线3、源极10、漏极11和数据线12由石墨烯组成，采用上文所述的整列基板的制作方法形成。

优选的，所述阵列基板还包括覆盖于半导体有源层、栅绝缘层4、源极10、漏极11和数据线12之上的钝化层（图中未示出），所述钝化层上形成有过孔，所述像素电极通过所述过孔与漏极11相连。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种图案化石墨烯薄膜的制作方法，其特征在于，该方法包括：

首先，在基板上形成一层石墨烯，并在所述石墨烯上涂布感光材料；

之后，采用构图工艺使需要形成石墨烯薄膜图形区域的感光材料被去除；

然后，将已去除感光材料后裸露的石墨烯氧化成氧化石墨烯层；

然后，对整个基板进行超声波清洗，除去基板上未被氧化的石墨烯和该未被氧化的石墨烯上的感光材料；

最后，将氧化石墨烯层还原成石墨烯层，得到所述石墨烯薄膜。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨烯的形成方法包括：

采用两个石墨电极真空蒸镀的方法在基板上形成厚度为100nm的石墨烯，真空度为10^{- 5}Torr，两个石墨电极相对放置，一个为尖状电极，一个为斜面电极，所述尖状电极的尖端正对于所述斜面电极的中心区域，两电极平行基板放置、且位于基板上方，石墨电极中通过的电流为10安。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将石墨烯氧化成氧化石墨烯层的方法，包括：

采用强氧化剂对整个基板进行喷淋，将裸露的石墨烯氧化成氧化石墨烯层。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将氧化石墨烯层还原成石墨烯层的方法，包括：采用还原性溶液将氧化石墨烯层还原成石墨烯层。

5.一种阵列基板的制作方法，包括：在基板上形成的信号线；其特征在于，所述信号线采用权利要求1至4中任一项所述的方法形成。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述信号线的形成方法，具体包括：

在基板上形成一层石墨烯，并在所述石墨烯上涂布感光材料；

通过构图工艺去除需要形成所述信号线的图形区域的感光材料；

将已去除感光材料后裸露的所述信号线的图形区域的石墨烯氧化成氧化石墨烯层；

对整个基板进行超声波清洗之后，将所述氧化石墨烯层还原为石墨烯层，形成所述信号线。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将信号线的图形区域的石墨烯氧化成氧化石墨烯层，包括：

采用强氧化剂对基板进行喷淋，将所述裸露的信号线的图形区域的石墨烯氧化成氧化石墨烯层。

8.根据权利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，所述信号线为栅线或数据线。