CN113401893A - 一种基于金属银牺牲层的石墨烯转移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于金属银牺牲层的石墨烯转移方法，采用化学气相沉积法在金属基底上生长石墨烯，将银均匀沉积在所述石墨烯上，旋涂聚甲基丙烯酸甲酯，用刻蚀液刻蚀掉金属基底，最后使用丙酮除去聚甲基丙烯酸甲酯，硝酸刻蚀银，完成石墨烯的转移。在石墨烯的表面上均匀地沉积了一层金属银，可以避免石墨烯与聚甲基丙烯酸甲酯直接接触，从而避免了石墨烯处于一个重P掺的状态也避免了石墨烯转移过程中有机物的残留。金属银的均匀覆盖还会使石墨烯完全展开，便于石墨烯转移到目标基底上。通过银氨溶液和葡萄糖反应产生的银均匀沉积在石墨烯表面。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯技术领域，尤其涉及一种基于金属银牺牲层的石墨烯转移方法。
背景技术
化学气相沉积法(CVD)是业界当前获得大面积高质量石墨烯最为有效的方法。CVD法制备石墨烯通常采用铂、钴、镍、铜、铁等过渡金属箔作为基材。因此在使用石墨烯时，必须转移石墨到目标基底上。
目前，石墨烯转移技术有很多，其中湿法转移主要是利用刻蚀液将金属衬底刻蚀掉，这种转移方法需要支撑膜的辅助来完成石墨烯的转移，其中最为常见的支撑膜为聚甲基丙烯酸甲酯。在转移过程中聚甲基丙烯酸甲酯直接接触石墨烯，不仅难以去除，还会会使石墨烯变成重P型掺杂，从而对石墨烯的应用造成影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于金属银牺牲层的石墨烯转移方法，旨在解决现有技术中的聚甲基丙烯酸甲酯难以去除，还会使石墨烯变成重P型掺杂的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的一种基于金属银牺牲层的石墨烯转移方法，包括如下步骤：
采用化学气相沉积法在金属基底上生长石墨烯，得到第一样片；
将银均匀沉积在所述石墨烯上，得到第二样片；
在所述第二样片上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯，得到第三样片；
用刻蚀液刻蚀掉所述第三样片中的所述金属基底，得到第四样片；
将所述第四样片转移到目标基底上，得到第五样片；
去除所述第五样片中的所述聚甲基丙烯酸甲酯，并刻蚀所述银。
其中，采用化学气相沉积法在金属基底上生长石墨烯的步骤中：
所述金属基底为铜、镍、铂、钴、铁、钼、钌或铱，所述石墨烯为单层石墨烯、双层石墨烯或多层石墨烯。
其中，将银均匀沉积在所述石墨烯上，得到第二样片的步骤包括：
用热碱清洗第一玻璃培养皿和第二玻璃培养皿；
用去离子水冲洗第一玻璃培养皿和第二玻璃培养皿；
用氮气枪将第一玻璃培养皿和第二玻璃培养皿吹干；
将所述第一样片固定在所述第二玻璃培养皿中，并将二者放入所述第一玻璃培养皿中；
将15～30ml质量分数为5％的银氨溶液倒入所述第二玻璃培养皿中；
将5～10ml量分数为17％的葡萄糖溶液倒入所述银氨溶液中，均匀混合；
所述第一玻璃培养皿放上加热台；
在所述第一玻璃培养皿中加入适量的水，并将加热台的温度设定为65～75℃；
对所述第一玻璃培养皿水浴加热，得到所述第二样片。
其中，在所述第二样片上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯的步骤中：
旋涂的所述聚甲基丙烯酸甲酯的厚度为1.5～2.7um。
其中，用刻蚀溶液刻蚀掉所述第三样片中的所述金属基底的步骤中：
所述刻蚀液的浓度为0.5～1mol/L，所述刻蚀液为过硫酸铵溶液、硝酸铁溶液或氯化铁溶液。
其中，将所述第四样片转移到目标基底上的步骤中：
所述目标基底为硅片、氧化硅片、蓝宝石、玻璃片或陶瓷。
其中，去除所述第五样片中的所述聚甲基丙烯酸甲酯，并刻蚀所述银的步骤中：
使用丙酮去除所述第五样片中的聚甲基丙烯酸甲酯，使用硝酸刻蚀所述第五样片中的所述银，从而完成所述石墨烯的转移。
本发明的有益效果为：在石墨烯的表面上沉积了一层金属银，避免了墨烯与聚甲基丙烯酸甲酯直接接触，从而避免了石墨烯处于一个重P掺的状态。避免了石墨烯转移过程中引入的有机物残留。金属银会使石墨烯完全展开来，便于石墨烯转移到目标基底上。通过银氨溶液和葡萄糖反应产生的银均匀沉积在石墨烯表面，从而避免石墨烯在转移过程中被污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是发明的基于金属银牺牲层的石墨烯转移方法的步骤流程图。
图2是本发明的第一样片的结构图。
图3是本发明的第二样片的结构图。
图4是本发明的第三样片的结构图。
图5是本发明的第四样片的结构图。
图6是本发明的第五样片的结构图。
图7是本发明的第五样片洗去聚甲基丙烯酸甲酯和银后的结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1至图7，本发明提供了一种基于金属银牺牲层的石墨烯转移方法，包括如下步骤：
S1:采用化学气相沉积法在金属基底上生长石墨烯，得到第一样片；
S2:将银均匀沉积在所述石墨烯上，得到第二样片；
S3:在所述第二样片上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯，得到第三样片；
S4:用刻蚀液刻蚀掉所述第三样片中的所述金属基底，得到第四样片；
S5:将所述第四样片转移到目标基底上，得到第五样片；
S6:去除所述第五样片中的所述聚甲基丙烯酸甲酯，并刻蚀所述银。
具体的，采用化学气相沉积法在金属基底上生长石墨烯的步骤中：
所述金属基底为铜、镍、铂、钴、铁、钼、钌或铱，所述石墨烯为单层石墨烯、双层石墨烯或多层石墨烯。
具体的，将银均匀沉积在所述石墨烯上，得到第二样片的步骤包括：
用热碱清洗第一玻璃培养皿和第二玻璃培养皿；
用去离子水冲洗第一玻璃培养皿和第二玻璃培养皿；
用氮气枪将第一玻璃培养皿和第二玻璃培养皿吹干；
将所述第一样片固定在所述第二玻璃培养皿中，并将二者放入所述第一玻璃培养皿中；
将15～30ml质量分数为5％的银氨溶液倒入所述第二玻璃培养皿中；
将5～10ml量分数为17％的葡萄糖溶液倒入所述银氨溶液中，均匀混合；
所述第一玻璃培养皿放上加热台；
在所述第一玻璃培养皿中加入适量的水，并将加热台的温度设定为65～75℃；
对所述第一玻璃培养皿水浴加热，得到所述第二样片。
具体的，在所述第二样片上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯的步骤中：
旋涂的所述聚甲基丙烯酸甲酯的度为1.5～2.7um。
具体的，用刻蚀溶液刻蚀掉所述第三样片中的所述金属基底的步骤中：
所述刻蚀液的浓度为0.5～1mol/L，所述刻蚀液为过硫酸铵溶液、硝酸铁溶液或氯化铁溶液。
具体的，将所述第四样片转移到目标基底上的步骤中：
所述目标基底为硅片、氧化硅片、蓝宝石、玻璃片或陶瓷。
具体的，去除所述第五样片中的所述聚甲基丙烯酸甲酯，并刻蚀所述银的步骤中：
使用丙酮去除所述第五样片中的聚甲基丙烯酸甲酯，使用硝酸刻蚀所述第五样片中的所述银，从而完成所述石墨烯的转移。
所述基于金属银牺牲层的石墨烯转移方法与传统湿法刻蚀相比，传统的湿法刻蚀的石墨烯与聚甲基丙烯酸甲酯直接接触会造成石墨烯处于一个重P掺的状态，而本发明在石墨烯的便面上沉积了一层金属银，避免了这种情况的出现。
传统湿法刻蚀中的聚甲基丙烯酸甲酯极难去除，尽管在丙酮里面反复浸泡多次，还是会有聚甲基丙烯酸甲酯的残留，在显微镜下，聚甲基丙烯酸甲酯残留依然可见，本发明将所述银作为金属牺牲层，避免了转移过程中引入的有机物残留。
在传统刻蚀过程中，由于金属基底的刻蚀，柔性的聚甲基丙烯酸甲酯无法在刻蚀液中完全展开，在转移至目标基底过程中，造成石墨烯的褶皱，进而造成石墨烯的浪费，当存在一层金属牺牲层时就会使石墨烯完全展开来，便于石墨烯转移到目标基底上。
金属牺牲层的应用得益于银氨溶液和葡萄糖反应，产生的所述银均匀沉积在石墨烯表面，从而避免石墨烯在转移过程中被污染。
Claims (7)
1.一种基于金属银牺牲层的石墨烯转移方法，其特征在于，包括如下步骤：
采用化学气相沉积法在金属基底上生长石墨烯，得到第一样片；
将银均匀沉积在所述石墨烯上，得到第二样片；
在所述第二样片上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯，得到第三样片；
用刻蚀液刻蚀掉所述第三样片中的所述金属基底，得到第四样片；
将所述第四样片转移到目标基底上，得到第五样片；
去除所述第五样片中的所述聚甲基丙烯酸甲酯，并刻蚀所述银。
2.如权利要求1所述的基于金属银牺牲层的石墨烯转移方法，其特征在于，采用化学气相沉积法在金属基底上生长石墨烯的步骤中：
所述金属基底为铜、镍、铂、钴、铁、钼、钌或铱，所述石墨烯为单层石墨烯、双层石墨烯或多层石墨烯。
3.如权利要求1所述的基于金属银牺牲层的石墨烯转移方法，其特征在于，将银均匀沉积在所述石墨烯上，得到第二样片的步骤包括：
用热碱清洗第一玻璃培养皿和第二玻璃培养皿；
用去离子水冲洗第一玻璃培养皿和第二玻璃培养皿；
用氮气枪将第一玻璃培养皿和第二玻璃培养皿吹干；
将所述第一样片固定在所述第二玻璃培养皿中，并将二者放入所述第一玻璃培养皿中；
将15～30ml质量分数为5％的银氨溶液倒入所述第二玻璃培养皿中；
将5～10ml量分数为17％的葡萄糖溶液倒入所述银氨溶液中，均匀混合；
所述第一玻璃培养皿放上加热台；
在所述第一玻璃培养皿中加入适量的水，并将加热台的温度设定为65～75℃；
对所述第一玻璃培养皿水浴加热，得到所述第二样片。
4.如权利要求1所述的基于金属银牺牲层的石墨烯转移方法，其特征在于，在所述第二样片上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯的步骤中：
旋涂的所述聚甲基丙烯酸甲酯的厚度为1.5～2.7um。
5.如权利要求1所述的基于金属银牺牲层的石墨烯转移方法，其特征在于，用刻蚀溶液刻蚀掉所述第三样片中的所述金属基底的步骤中：
所述刻蚀液的浓度为0.5～1mol/L，所述刻蚀液为过硫酸铵溶液、硝酸铁溶液或氯化铁溶液。
6.如权利要求1所述的基于金属银牺牲层的石墨烯转移方法，其特征在于，将所述第四样片转移到目标基底上的步骤中：
所述目标基底为硅片、氧化硅片、蓝宝石、玻璃片或陶瓷。
7.如权利要求1所述的基于金属银牺牲层的石墨烯转移方法，其特征在于，去除所述第五样片中的所述聚甲基丙烯酸甲酯，并刻蚀所述银的步骤中：
使用丙酮去除所述第五样片中的聚甲基丙烯酸甲酯，使用硝酸刻蚀所述第五样片中的所述银，从而完成所述石墨烯的转移。
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