CN105719953A - 一种去除石墨烯的方法 - Google Patents

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王炜
谭化兵
刘海滨
秦喜超
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Abstract

本发明公开了一种去除石墨烯的方法，是采用特定波长的紫外光，在特定环境中，处理石墨烯薄膜，将指定区域的石墨烯去除掉，适用于单层或多层石墨烯薄膜的去除或图案化工艺。本发明的有益效果为：1、本发明采用特定波长的紫外光，在特定环境中刻蚀处理石墨烯薄膜，相比现有工艺，方法简单，效率高，成本低；2、本发明可以实现高精度的石墨烯图案化制作，且可选用的掩膜范围广，可以实现低成本掩膜，适合于石墨烯薄膜在不同领域不同行业的加工应用；3、本发明采用的处理方法容易应用到大规模工业化生产中。

Description

一种去除石墨烯的方法
技术领域
本发明涉及化学材料生产领域，具体涉及一种去除石墨烯的方法。
背景技术
石墨烯薄膜目前已经受到学术界、产业界大量的关注，并已经有了初步的产业化应用。在石墨烯薄膜相关产品加工制作过程中，难以避免的会有石墨烯薄膜图案化的需求，或者某些情况下，需要整面去除石墨烯的需求。按照有工艺，主要是通过等离子体刻蚀、激光扫除等方式清除。等离子刻蚀分为真空、低压环境下的等离子体刻蚀，和常压等离子体刻蚀，真空或低压环境对设备要求较高，且处理前需要将待处理件放入设备腔室内，相对成本高，工序繁琐。常压等离子体目前只能做到较小的处理面积，一般为点状处理区域，效率相对较低，难以应用到大面积的处理需求里。激光扫除工艺也存在处理面积小，且为点状处理范围，存在效率低的问题。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术中的缺陷，提供了一种去除石墨烯的方法，是采用特定波长的紫外光处理石墨烯薄膜，从而实现低成本、高效率的刻蚀去除指定区域的石墨烯的工艺，本发明的方法过程简单，设备成本低，处理效率高，容易应用到大规模、机械化、自动化生产处理石墨烯薄膜过程中。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种去除石墨烯的方法，在特定环境中，采用特定波长的紫外光照射的方式去除石墨烯。
进一步的，上述的一种去除石墨烯的方法，所述紫外光中，包含有光波长为110nm-196nm的紫外光，所述特定环境中，含有保护气体和反应气体。
进一步的，上述的一种去除石墨烯的方法，包括以下步骤：
1）在石墨烯薄膜表面制作掩膜层；
2）对掩膜层进行图案化，将需要刻蚀掉石墨烯的部分的掩膜层去除，直接裸露出此部分的石墨烯；
3）在所述特定环境中，用所述光波长的紫外光照射掩膜层，直至需要去除区域的石墨烯被完全去除；
4）去除剩余的掩膜层。
进一步的，上述的一种去除石墨烯的方法，所述特定环境中的保护气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种混合。
进一步的，上述的一种去除石墨烯的方法，所述特定环境中的反应气体为氧气、氯气、氟气中的一种或多种混合。
进一步的，上述的一种去除石墨烯的方法，所述特定环境中保护气体的含量范围为79%-99%，反应气体的含量范围为1%-20%。
进一步的，上述的一种去除石墨烯的方法，包括以下步骤：
1）将待去除的石墨烯层的待处理面放置在所述特定环境中；
2）在所述特定环境中，用所述光波长的紫外光照射待处理面，直至需要去除区域的石墨烯被完全去除。
进一步的，上述的一种去除石墨烯的方法，所述特定环境中的保护气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种混合。
进一步的，上述的一种去除石墨烯的方法，所述特定环境中的反应气体为氧气、氯气、氟气中的一种或多种混合。
进一步的，上述的一种去除石墨烯的方法，所述特定环境中保护气体的含量范围为79%-99%，反应气体的含量范围为1%-20%。
本发明原理为：为了去除指定区域的石墨烯薄膜，在特定环境中，采用特定波长的紫外光照射石墨烯表面。石墨烯的碳碳键吸收特定紫外光后被打断，形成游离态的碳，并与环境中被紫外照射形成的游离态物质的反应气体发生反应，生成气态产物并溢出，从而将石墨烯薄膜去除。由于足够打断石墨烯碳键的紫外光波长较短，穿透能力较差，容易被反应气体吸收，从而在极短的距离上就产生很大幅度的衰减，从而无法实现需要的刻蚀效果。故本发明在反应环境中加入了一定浓度的保护气体，在这些气氛中紫外光的衰减幅度被降到很低，从而使紫外光刻蚀石墨烯得以实现。为了制成需要的图案，可以在石墨烯薄膜表面制成掩膜，由于石墨烯薄膜由二维状碳原子组成，其宏观上的厚度几乎可以忽略，因而采用本方案进行图案化刻蚀时，可以忽略各项同性刻蚀造成的侧蚀，充分保证了图案的精度，而采用特定波长的紫外光刻蚀时，对掩膜的要求很低，可以选用的范围十分广泛，厚度要求甚至可以降到几个纳米，从而尽可能的提高了图案化工艺的精度。
本发明的技术要点是在特定环境中，通过特定波长的紫外光，处理指定区域的石墨烯，效率高，工艺简单，成本低，十分有利于石墨烯规模化工业生产和实验的应用。
本发明的有益效果为：
1、本发明在特定环境中，采用特定波长的紫外光刻蚀处理石墨烯薄膜，相比现有工艺，方法简单，效率高，成本低。
2、本发明可以实现高精度的石墨烯图案化制作，且可选用的掩膜范围广，可以实现低成本掩膜，适合于石墨烯薄膜在不同领域不同行业的加工应用。
3、本发明采用的处理方法容易应用到大规模工业化生产中。
附图说明
图1为石墨烯图案化刻蚀示意图。
其中：1、3示意为掩膜层；2示意为紫外光；4示意为石墨烯层；5示意为石墨烯衬底。
具体实施方式
实施例1：
在一层石墨烯薄膜表面涂布光刻胶，通过曝光、显影、制作成光刻胶掩膜。随后用150nm波长的紫外光，将紫外光灯管放置在大气环境中，并向灯管周围通入氮气，使环境中氮气的含量达90%-97%，随后用紫外光处理石墨烯薄膜30秒，处理完完成后去掉光刻胶层，制成石墨烯薄膜图案。
通过光学显微镜和扫描电镜观察石墨烯图案。
实施例2：
在一层石墨烯表面通过蒸镀的方式镀一层15-20nm厚的铬层，再在铬层表面涂布一层光刻胶，曝光显影使光刻胶形成镂空的图案，再通过湿法刻蚀制作出铬层的图案，去除光刻胶，从而制成了厚度极薄的铬掩膜层。将紫外光灯管放置在大气环境中，并向灯管周围通入氩气，使环境中的氮气/氩气总的含量达85%-95%。随后用185nm的紫外光处理石墨烯薄膜1分钟，再通过湿法刻蚀去除剩余的铬层，制成石墨烯薄膜图案。
通过光学显微镜和扫描电镜观察石墨烯图案。
实施例3：
将放置在硅、二氧化硅片上的一至三层石墨烯薄膜，在氮气环境中，充入3%的氯气，用170nm紫外光照射石墨烯面一分钟，去除掉表面的石墨烯。
用光学显微镜和扫描电镜检测石墨烯是否完全去除。
最后应说明的是：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 (10)

1.一种去除石墨烯的方法，其特征在于，在特定环境中，采用特定波长的紫外光照射的方式去除石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种去除石墨烯的方法，其特征在于，所述紫外光中，包含有光波长为110nm-196nm的紫外光，所述特定环境中，含有保护气体和反应气体。
3.根据权利要求1-2任一所述的一种去除石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在石墨烯薄膜表面制作掩膜层；
2）对掩膜层进行图案化，将需要刻蚀掉石墨烯的部分的掩膜层去除，直接裸露出此部分的石墨烯；
3）在所述特定环境中，用所述光波长的紫外光照射掩膜层，直至需要去除区域的石墨烯被完全去除；
4）去除剩余的掩膜层。
4.根据权利要求3所述的一种去除石墨烯的方法，其特征在于，所述特定环境中的保护气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种混合。
5.根据权利要求4所述的一种去除石墨烯的方法，其特征在于，所述特定环境中的反应气体为氧气、氯气、氟气中的一种或多种混合。
6.根据权利要求5所述的一种去除石墨烯的方法，其特征在于，所述特定环境中保护气体的含量范围为79%-99%，反应气体的含量范围为1%-20%。
7.根据权利要求1-2任一所述的一种去除石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将待去除的石墨烯层的待处理面放置在所述特定环境中；
2）在所述特定环境中，用所述光波长的紫外光照射待处理面，直至需要去除区域的石墨烯被完全去除。
8.根据权利要求7所述的一种去除石墨烯的方法，其特征在于，所述特定环境中的保护气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种混合。
9.根据权利要求8所述的一种去除石墨烯的方法，其特征在于，所述特定环境中的反应气体为氧气、氯气、氟气中的一种或多种混合。
10.根据权利要求9所述的一种去除石墨烯的方法，其特征在于，所述特定环境中保护气体的含量范围为79%-99%，反应气体的含量范围为1%-20%。
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