CN111158215A - 一种利用紫外光刻胶作支撑层转印石墨烯进行光刻的方法 - Google Patents

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吕朝锋
陆明
徐杨
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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Abstract

本发明公开一种利用紫外光刻胶作支撑层转印石墨烯进行光刻方法，利用紫外光刻胶作为石墨烯转印支撑层，在把石墨烯转印到目标衬底后，利用紫外光刻胶特性，对光刻胶直接进行光刻、显影工艺，接着对石墨烯进行刻蚀，得到石墨烯图案。该方法弥补了之前使用其它材料作为支撑层对石墨烯进行转印需要先去除支撑层再匀紫外光刻胶进行光刻步骤繁琐的缺陷，同时也避免了之前方法在去除支撑层时由于石墨烯与衬底接触不牢而与衬底脱离的问题，为器件制备及性能分析带来便利。

Description

一种利用紫外光刻胶作支撑层转印石墨烯进行光刻的方法
技术领域
本发明涉及石墨烯转印技术领域，具体涉及一种利用紫外光刻胶作支撑层转印石墨烯进行光刻的方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有优异的光学、电学、力学特性，在材料科学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。
目前石墨烯的主要制备方法是在铜箔衬底上通过CVD方法制备，制备得到的石墨烯附着在铜箔衬底表面。在使用石墨烯进行器件制备的过程中，现有方法是通过在附有石墨烯一侧的铜箔衬底表面旋涂一层支撑层，再腐蚀完铜箔衬底，将附有石墨烯的支撑层转印至特定衬底上，洗去支撑层，再在上面进行光刻工艺，获得图案化石墨烯，选择的支承层材料一般是PMMA，一种正性电子束光刻胶，该材料只能进行电子束光刻，无法进行使用更为普遍的紫外光刻。因此，当涉及到需要对转印的石墨烯进行紫外光刻图案化刻蚀的时候，这种方法在使用过程中一方面操作步骤繁杂，需要先去除支撑层、洗净后再匀光刻胶进行光刻等后续工艺；另一方面，在去除支承层的过程中，如果石墨烯与衬底接触不牢，在清洗的过程中容易与衬底脱离，由于石墨烯为单原子层结构，肉眼无法通过普通光学显微镜分辨石墨烯的存留与否，为后续器件制备及性能表征带来一定影响。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种利用紫外光刻胶作支撑层转印石墨烯进行光刻的方法，该方法避免了洗去支撑层再进行匀紫外光刻胶的工艺步骤，直接利用紫外光刻胶作为石墨烯支撑层对石墨烯进行转印，进而直接进行光刻等后续工艺，相比现有的方法，该方法进一步简化工序，同时也避免了石墨烯在洗去支撑层的过程中与衬底接触不牢而与衬底脱离的风险，该方法流程全部在光刻间黄光条件下进行，具体工艺步骤如下：
S1：在CVD生长石墨烯的铜箔衬底上旋涂紫外光刻胶，前烘固化；
S2：将匀有所述紫外光刻胶的铜箔剪成所需要的石墨烯片大小，放置于铜箔腐蚀液中，铜箔腐蚀液置于黑暗环境下，腐蚀完全铜箔衬底；
S3：转移腐蚀铜箔衬底后附有石墨烯的紫外光刻胶至去离子水中；
S4：转印所述附有石墨烯的紫外光刻胶至目标衬底；
S5：对所述附有石墨烯的紫外光刻胶进行光刻、显影；
S6：刻蚀所述裸露的石墨烯；
S7：洗去所述紫外光刻胶，得到图案化石墨烯。
进一步地，所述紫外光刻胶为AZ5214。
进一步地，所述裁剪后的铜箔衬底尺寸为5mm*5mm方块。
进一步地，所述铜箔腐蚀液配方为：CuSO4·5H2O 15.6g+HCL 50ml+H2O 45ml。
本发明的有益效果如下：
本发明提出的利用紫外光刻胶作支撑层转印石墨烯进行光刻的方法，一方面简化了传统转印到衬底上的石墨烯进行图案化刻蚀的工艺步骤，省去了洗去石墨烯支撑层再旋涂紫外光刻胶这一步骤，节省时间和成本，另一方面，由于该发明工艺可以对转印到目标衬底上的光刻胶直接进行光刻、显影等后续工艺步骤，避免了由于石墨烯与衬底接触不牢在洗去支撑层过程中石墨烯与衬底脱离的风险。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图中：1、石墨烯，2、铜箔衬底，3、紫外光刻胶支撑层，4、目标衬底。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出的用紫外光刻胶作支撑层转印石墨烯进行光刻的方法，如图1所示，在CVD生长石墨烯的铜箔衬底上旋涂紫外光刻胶，前烘固化，把铜箔剪成所需石墨烯大小的方块，放入铜箔腐蚀液中腐蚀铜箔衬底，把腐蚀完铜箔衬底、表面附有石墨烯的光刻胶转印到目标衬底上，对所述紫外光刻胶进行光刻、显影，再通过刻蚀工艺刻蚀裸露的石墨烯，获得图案化石墨烯，最后洗去光刻胶。
为了保证转印的石墨烯的质量，所述石墨烯采用CVD法生长于铜箔衬底上的石墨烯。
为了保证转印的石墨烯的完整性，紫外光刻胶采用AZ5214。
为了便于转印石墨烯同时避免自外地光刻胶尺寸过大发生碎裂，裁剪后的铜箔衬底尺寸边长在几毫米左右，优选地，铜箔衬底尺寸为5mm*5mm方块。
为了提高腐蚀铜箔衬底的速率同时不使紫外光刻胶在腐蚀铜箔衬底过程中与腐蚀液反应变性，所述铜箔衬底腐蚀液采用配方为：CuSO4·5H2O 15.6g+HCL 50ml+H2O45ml。
根据本发明实施例，所述制作工艺按照如下步骤：
S1、将生长有CVD石墨烯的铜箔衬底，使用PI胶带将铜箔衬底粘贴在圆形玻璃基板上，附有石墨烯一侧的铜箔衬底表面朝上放置；
S2、在铜箔衬底表面旋涂光刻胶AZ5214，参数为：500r/min 10s,2000r/min 60s；
S3、匀胶后的铜箔衬底连同玻璃基板放在加热板上加热，前烘光刻胶，参数为：110℃2分钟；
S4、匀胶后的铜箔衬底，剪成5毫米*5毫米方片，放入铜箔腐蚀液中腐蚀完全铜箔衬底；
上述步骤中，铜箔腐蚀液根据配方CuSO4·5H2O 15.6g+HCL 50ml+H2O 45ml按比例配置而成，在黑暗条件下腐蚀，腐蚀时间为2小时；
S5、铜箔衬底腐蚀完全后，用载玻片把附有石墨烯的光刻胶转移到去离子水溶液中，静置2分钟，再转移至新的去离子水溶液中，静置，重复3次，洗去残留的铜箔残留物；
S6、用旋涂有聚酰亚胺薄膜的玻璃基底去捞光刻胶，转印至特定位置，加热烘烤衬底，参数：110℃2min；
S7、对烘烤后的样品直接进行光刻、显影操作，获得光刻图案，放在加热板上后烘，参数105℃5min；
S8、把样品放入ICP刻蚀机中，使用氧气、氩气混合气体对裸露的石墨烯进行刻蚀，功率为250W，刻蚀时间为1分钟，刻蚀好后，把样品放入丙酮、异丙醇溶液中洗去光刻胶，去离子水冲洗，氮气吹干，获得图案化石墨烯。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对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例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。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用紫外光刻胶作支撑层转印石墨烯进行光刻的方法，其特征在于，该方法流程全部在光刻间黄光条件下进行，具体包括如下步骤：
S1：在CVD生长石墨烯的铜箔衬底上旋涂紫外光刻胶，前烘固化；
S2：将匀有所述紫外光刻胶的铜箔剪成所需要的石墨烯片大小，放置于铜箔腐蚀液中，铜箔腐蚀液置于黑暗环境下，腐蚀完全铜箔衬底；
S3：转移腐蚀铜箔衬底后附有石墨烯的紫外光刻胶至去离子水中；
S4：转印所述附有石墨烯的紫外光刻胶至目标衬底；
S5：对所述附有石墨烯的紫外光刻胶进行光刻、显影；
S6：刻蚀所述裸露的石墨烯；
S7：洗去所述紫外光刻胶，得到图案化石墨烯。
2.根据权利要求1所述的利用紫外光刻胶作支撑层转印石墨烯进行光刻的方法，其特征在于，所述紫外光刻胶为AZ5214。
3.根据权利要求1所述的利用紫外光刻胶作支撑层转印石墨烯进行光刻的方法，其特征在于，所述裁剪后的铜箔衬底尺寸为5mm*5mm方块。
4.根据权利要求1所述的利用紫外光刻胶作支撑层转印石墨烯进行光刻的方法，其特征在于，所述铜箔腐蚀液配方为：CuSO4·5H2O 15.6g+HCL 50ml+H2O 45ml。
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