RU2778215C1

RU2778215C1 - Technologies for producing flexible and transparent electronic components based on graphene-like structures in a polymer for electronics and microelectronics

Info

Publication number: RU2778215C1
Application number: RU2021132289A
Authority: RU
Inventors: Алексей Валерьевич Шиверский; Сергей Германович АБАИМОВ; Искандер Шаукатович Ахатов
Filing date: 2021-11-08
Publication date: 2022-08-15

Abstract

FIELD: electronics.

SUBSTANCE: invention relates to the manufacture of flexible and transparent components of electronics and microelectronics, such as printed circuit boards, integrated circuits, components of radio electronics, e.g., radio frequency identification microchips, flexible transparent antennas, and other electronic components, based on graphene-like structures, in particular, structures of single- or multilayer graphene, or graphene oxide, or modifications thereof, in a polymer. Method for producing flexible and transparent electronic components based on graphene-like structures in a polymer according to the invention includes the following stages: selecting a sacrificial substrate — simple (flat) or complex, containing 3D volumetric elements or with a 3D shape profile, and creating, on the surface thereof, areas catalysing the synthesis of a graphene-like structure; synthesising a graphene-like structure in the synthesis-catalysing areas of the substrate surface; encapsulating the graphene-like structure in the carrier polymer directly on the substrate; removing the sacrificial substrate and the catalytic material, and encapsulating the synthesised structure in the volume of the carrier polymer.

EFFECT: invention provides a possibility of simplifying the method for producing graphene-like structures with a high degree of structural perfection.

46 cl, 3 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к способу получения гибких и прозрачных электронных компонентов на основе графеноподобных структур, в частности структур из одно- или многослойного графена или оксида графена или их модификаций в полимере для электроники и микроэлектроники: печатных плат, интегральных микросхем, компонентов радиоэлектроники, например, радиочастотных идентифицирующих микросхем и других электронных компонентов. The invention relates to a method for producing flexible and transparent electronic components based on graphene-like structures, in particular structures from single- or multilayer graphene or graphene oxide or their modifications in a polymer for electronics and microelectronics: printed circuit boards, integrated circuits, radio electronics components, for example, radio frequency identification microchips and other electronic components.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Классическая технология изготовления электропроводящих слоев на основе тонких оксидных пленок не применима к большинству элементов гибкой прозрачной электроники. В настоящее время основной технологией изготовления гибкой электроники остается дорогая технология фотолитографии высокого разрешения [1]. Однако используемые в этом случае металлические пленки имеют низкую прозрачность. Если вместо сплошной пленки изготавливается сетка [2], покрывающая только 10% поверхности, прозрачность не превышает 70%, причем металлическую сетку можно увидеть даже невооруженным глазом, что, помимо высоких затрат, является основным недостатком традиционной фотолитографии.The classical technology for manufacturing electrically conductive layers based on thin oxide films is not applicable to most elements of flexible transparent electronics. At present, the expensive technology of high-resolution photolithography remains the main technology for manufacturing flexible electronics [1]. However, the metal films used in this case have low transparency. If, instead of a continuous film, a mesh [2] is produced that covers only 10% of the surface, the transparency does not exceed 70%, and the metal mesh can be seen even with the naked eye, which, in addition to high costs, is the main disadvantage of traditional photolithography.

В качестве альтернативных технологий рассматривается использование 1D или 2D материалов с электрической проводимостью, сравнимой с 3D металлами. Они обеспечивают прозрачность выше 95% [3]. При этом, 1D и 2D материалы имеют разные области применения. Если стоит задача покрыть поверхность электропроводящим слоем без создания электропроводящих структур сложной формы, самый простой и дешевый вариант - это сетка из 1D материалов. Изготовление электропроводящих структур сложных форм - это более сложная задача, реализуемая с помощью 2D материалов. Наиболее перспективным материалом при этом служит графен в силу своих высоких характеристик электропроводности, прозрачности и гибкости. Изготовление графеновых структур основано на сложных технологиях, таких как фотолитография [4], трафаретная печать [5] или различных технологиях формирования рисунка за счет трафаретного удаления графенового слоя [6, 7], например, травлением. Эти способы имеют ряд недостатков, таких как плохая масштабируемость, ограничения, вызванные свойствами подложки, а также низкая скорость изготовления.As alternative technologies, the use of 1D or 2D materials with electrical conductivity comparable to 3D metals is being considered. They provide transparency above 95% [3]. At the same time, 1D and 2D materials have different applications. If the task is to cover the surface with an electrically conductive layer without creating electrically conductive structures of complex shape, the simplest and cheapest option is a mesh of 1D materials. The fabrication of electrically conductive structures of complex shapes is a more complex task, realized with the help of 2D materials. The most promising material in this case is graphene due to its high electrical conductivity, transparency, and flexibility. The fabrication of graphene structures is based on complex technologies, such as photolithography [4], screen printing [5], or various technologies for pattern formation due to screen removal of the graphene layer [6, 7], for example, by etching. These methods suffer from a number of disadvantages such as poor scalability, limitations due to substrate properties, and low manufacturing speed.

Кроме того, из уровня техники известен способ формирования графеновых структур, раскрытый в US 20120241069, опубликован 27.09.2012, прототип. Способ формирования графеновых структур включает трафаретное нанесение на поверхность подложки, используемой в дальнейшем для синтеза графена, пассивационного слоя с рисунком, являющимся негативом требуемой графеновой структуры. На следующем шаге технологического процесса проводится синтез графена на подложке посредством химического осаждения из газовой фазы с формированием графена в зонах, где отсутствует пассивационный слой. На заключительном этапе происходит мокрый перенос синтезированной графеновой структуры на требуемый полимерный носитель.In addition, a method for forming graphene structures is known from the prior art, disclosed in US 20120241069, published on September 27, 2012, prototype. The method for forming graphene structures includes stencil deposition on the surface of a substrate used later for the synthesis of graphene, a passivation layer with a pattern that is the negative of the required graphene structure. At the next step of the technological process, graphene is synthesized on a substrate by chemical vapor deposition with the formation of graphene in areas where there is no passivation layer. At the final stage, the synthesized graphene structure is wet transferred onto the required polymer carrier.

Недостатком раскрытого выше технического решения является использование процесса мокрого переноса графена, который приводит к образованию трещин и складок в графеновом слое, что ведет к высокой отбраковке изделий, а также сложности автоматизации фактически с использованием ручного труда при переносе, что отвечает низкой скорости изготовления изделий и крайне низкой масштабируемости технологического процесса.The disadvantage of the technical solution disclosed above is the use of the graphene wet transfer process, which leads to the formation of cracks and wrinkles in the graphene layer, which leads to a high rejection of products, as well as the complexity of automation, in fact, using manual labor during the transfer, which corresponds to the low speed of manufacturing products and extremely low scalability of the technological process.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Задачей заявленного изобретения является разработка способа получения гибких и прозрачных электронных компонентов на основе графеноподобных структур, в частности структур из одно- или многослойного графена или оксида графена или их модификаций со сложным рисунком на полимерном носителе, как плоской формы, так и с 3D рельефом, для электронных устройств.The objective of the claimed invention is to develop a method for producing flexible and transparent electronic components based on graphene-like structures, in particular structures from single- or multilayer graphene or graphene oxide or their modifications with a complex pattern on a polymer carrier, both flat and with 3D relief, for electronic devices.

Техническим результатом изобретения является упрощение способа получения графеноподобных структур сложной формы. В частности, одним из отличий от существующих технических решений является исключение из технологического процесса этапа мокрого переноса графеноподобной структуры на полимерный носитель. Вместо этого полимер наносится непосредственно на подложку с синтезированной графеноподобной структурой, после чего жертвенная подложка удаляется. В результате способ получения графеноподобных структур становится масштабируемым, а сами графеноподобные структуры обладают высокой степенью структурного совершенства.The technical result of the invention is a simplification of the method for obtaining graphene-like structures of complex shape. In particular, one of the differences from existing technical solutions is the exclusion from the technological process of the stage of wet transfer of a graphene-like structure onto a polymer carrier. Instead, the polymer is deposited directly onto a substrate with a synthesized graphene-like structure, after which the sacrificial substrate is removed. As a result, the method for obtaining graphene-like structures becomes scalable, and the graphene-like structures themselves have a high degree of structural perfection.

Указанный технический результат достигается за счет того, что используется способ получения гибких и прозрачных электронных компонентов на основе графеноподобных структур, в частности структур из одно- или многослойного графена или оксида графена или их модификаций в полимере, включающий следующие этапы:The specified technical result is achieved due to the fact that a method is used to obtain flexible and transparent electronic components based on graphene-like structures, in particular structures from single- or multilayer graphene or graphene oxide or their modifications in a polymer, which includes the following steps:

a) подбор жертвенной подложки, простой (плоской) или сложной (содержащей объемные 3D-элементы) формы, и создание на ее поверхности зон, катализирующих синтез графеноподобной структуры;a) selecting a sacrificial substrate, a simple (flat) or complex (containing 3D volumetric elements) shape, and creating zones on its surface that catalyze the synthesis of a graphene-like structure;

b) синтез графеноподобной структуры в зонах поверхности подложки, катализирующих данный синтез;b) synthesis of a graphene-like structure in the areas of the substrate surface that catalyze this synthesis;

c) инкапсуляция графеноподобной структуры в полимере-носителе непосредственно на подложке (без использования этапа мокрого переноса, приводящего к немасштабируемости процесса и образованию дефектов структуры);c) encapsulation of the graphene-like structure in the carrier polymer directly on the substrate (without the use of a wet transfer step leading to non-scalability of the process and the formation of structural defects);

d) удаление жертвенной подложки и каталитического материала;d) removing the sacrificial support and catalytic material;

е) формование полимера-носителя с целью придания иного рельефа электронному компоненту, отличного от исходного рельефа, задаваемого поверхностью подложки.f) shaping the carrier polymer in order to impart a different relief to the electronic component than the initial relief given by the substrate surface.

При необходимости осуществляют восстановительный отжиг, с целью улучшения физических свойств (в частности, электромагнитных) конечного электронного компонента.If necessary, recovery annealing is carried out in order to improve the physical properties (in particular, electromagnetic) of the final electronic component.

Поверхность подложки может быть плоской или обладать 3D рельефом, в зависимости от заданной геометрии конечного электронного компонента и возможности его формования.The surface of the substrate can be flat or have a 3D relief, depending on the given geometry of the final electronic component and the possibility of its molding.

С целью повышения качества нанесения на подложку материала или повышения структурного совершенства синтезируемой графеноподобной структуры осуществляют предварительную подготовку поверхности подложки. Предварительная поверхностная обработка подложки включает по крайней мере одну обработку, выбранную из группы: механическая полировка, химическая полировка, плазменная очистка. В случае наличия чистой комнаты с инертной атмосферой и чистого производства качественной подложки, предварительная обработка поверхности подложки не требуется.In order to improve the quality of applying the material to the substrate or to improve the structural perfection of the synthesized graphene-like structure, the substrate surface is preliminarily prepared. Preliminary surface treatment of the substrate includes at least one treatment selected from the group: mechanical polishing, chemical polishing, plasma cleaning. In the case of a clean room with an inert atmosphere and a clean production of a quality substrate, pre-treatment of the substrate surface is not required.

В качестве каталитического материала используют любой материал, катализирующий синтез графеноподобной структуры. С целью повышения структурного совершенства синтезируемых структур используют каталитические материалы высокой степени чистоты, 99% и выше. При синтезе графеноподобных структур методами химического или плазменно-химического осаждения из газовой фазы с целью восстановления каталитических свойств поверхности подложки в газовую смесь перед синтезом добавляют водород (Н₂) или другие восстановители. В частности, при синтезе одно- или многослойного графена или оксида графена или их модификаций для улучшения адгезионных свойств и повышения структурного совершенства графеновых структур используют медь высокой чистоты, 99% и выше. С целью использования железа как более дешевого каталитического материала вводят дополнительный технологический шаг по восстановлению железа перед синтезом графена.Any material catalyzing the synthesis of a graphene-like structure is used as a catalytic material. In order to improve the structural perfection of the synthesized structures, catalytic materials of high purity, 99% and higher, are used. In the synthesis of graphene-like structures by chemical or plasma-chemical vapor deposition, in order to restore the catalytic properties of the substrate surface, hydrogen ( _Н2 ) or other reducing agents are added to the gas mixture before synthesis. In particular, in the synthesis of single- or multilayer graphene or graphene oxide or their modifications, high-purity copper, 99% or higher, is used to improve the adhesive properties and improve the structural perfection of graphene structures. In order to use iron as a cheaper catalytic material, an additional technological step is introduced to reduce iron before graphene synthesis.

На поверхности подложки создают зоны, катализирующие синтез графеноподобных структур с формой зон, отвечающей геометрии будущего электронного компонента. В зависимости от требуемого качества графеноподобных структур и доступных технологических возможностей производства, создание формы зон проводят:On the surface of the substrate, zones are created that catalyze the synthesis of graphene-like structures with the shape of the zones corresponding to the geometry of the future electronic component. Depending on the required quality of graphene-like structures and the available technological capabilities of production, the creation of the shape of the zones is carried out:

- либо непосредственно при нанесении каталитического материала на поверхность подложки;- either directly during the deposition of the catalytic material on the surface of the substrate;

- либо с помощью нанесения каталитического материала поверх временной маски негативной формы, впоследствии удаляемой;- either by applying a catalytic material over a temporary negative shape mask, which is subsequently removed;

- либо с помощью нанесения пассивационной маски негативной формы из термостабильного и инертного к росту графеноподобных структур материала поверх слоя каталитического материала на поверхности подложки.- or by applying a passivation mask of a negative shape from a material that is thermally stable and inert to the growth of graphene-like structures over a layer of catalytic material on the surface of the substrate.

В случае создания формы зон, катализирующих синтез графеноподобных структур, при непосредственном нанесении каталитического материала на поверхность подложки, материал подложки или покрытия подложки выбирают как обладающий адгезионными свойствами по отношению к каталитическому материалу, а также как материал, легко удаляемый физико-химическими методами впоследствии. Нанесение каталитического материала проводят либо трафаретно, либо аддитивно, либо другими физико-химическими методами, позволяющими выполнить нанесение зонально.In the case of creating the shape of zones that catalyze the synthesis of graphene-like structures by directly applying the catalytic material to the surface of the substrate, the material of the substrate or substrate coating is chosen as having adhesive properties with respect to the catalytic material, and also as a material that can be easily removed by physicochemical methods subsequently. The application of the catalytic material is carried out either stencil, or additively, or by other physicochemical methods that allow the application to be carried out in a zonal manner.

В случае создания формы зон, катализирующих синтез графеноподобных структур, с помощью нанесения каталитического материала поверх временной маски, на поверхность подложки сперва наносят материал временной маски, обладающий адгезией по отношению к материалу подложки или покрытия подложки. Для достижения высокого структурного качества временную маску наносят толщиной, превышающей толщину слоя каталитического материала не менее чем на 10%. При этом форма временной маски является негативной по отношению к форме конечного электронного компонента. Форму временной маски создают либо непосредственно при ее нанесении, либо экспонированием после нанесения. Создание формы временной маски непосредственно при нанесении осуществляют либо трафаретно, либо аддитивно, либо другими физико-химическими методами, позволяющими выполнить нанесение зонально. При создании временной маски экспонированием, временный слой наносят на всю поверхность подложки либо центрифугированием, либо формованием, либо методами физического или химического осаждения, либо другими физико-химическими методами, позволяющими получить равномерную толщину слоя. Далее временный слой подвергают экспонированию с последующим удалением зон временного слоя, отвечающих позитивной форме конечного электронного компонента таким образом, что на подложке остаются зоны временного слоя, отвечающие негативной форме конечного электронного компонента и формирующие временную маску. В случае использования фоторезиста в качестве материала временного слоя, его экспонирование проводят световым потоком. Далее, на всю поверхность подложки, как покрытую, так и не покрытую временной маской, наносят слой каталитического материала. Далее временную маску удаляют вместе с лежащим поверх нее каталитическим материалом. При этом на подложке каталитический материал остается только в зонах, где он был нанесен непосредственно на поверхность подложки, формируя зоны каталитического материала на поверхности подложки, отвечающие позитивной форме конечного электронного компонента.In the case of creating the shape of zones catalyzing the synthesis of graphene-like structures by applying a catalytic material over a temporary mask, a temporary mask material is first applied to the surface of the substrate, which has adhesion to the material of the substrate or substrate coating. To achieve high structural quality, a temporary mask is applied with a thickness exceeding the thickness of the catalytic material layer by at least 10%. In this case, the shape of the temporary mask is negative in relation to the shape of the final electronic component. The form of a temporary mask is created either directly during its application, or by exposure after application. The creation of the form of a temporary mask directly during application is carried out either as a stencil, or additively, or by other physico-chemical methods that allow applying zonal. When creating a temporary mask by exposure, a temporary layer is applied to the entire surface of the substrate, either by centrifugation, or molding, or by physical or chemical deposition, or other physico-chemical methods, which make it possible to obtain a uniform layer thickness. Next, the temporary layer is exposed with subsequent removal of the zones of the temporary layer corresponding to the positive shape of the final electronic component so that the zones of the temporary layer remain on the substrate, corresponding to the negative shape of the final electronic component and forming a temporary mask. In the case of using a photoresist as a temporary layer material, its exposure is carried out with a light flux. Next, a layer of catalytic material is applied to the entire surface of the substrate, both covered and not covered with a temporary mask. Next, the temporary mask is removed along with the catalytic material lying on top of it. In this case, the catalytic material remains on the substrate only in the zones where it was deposited directly on the substrate surface, forming zones of the catalytic material on the substrate surface that correspond to the positive shape of the final electronic component.

В случае создания формы зон, катализирующих синтез графеноподобных структур, с помощью предварительного нанесения пассивационной маски, на поверхности подложки создаются зоны из материала пассивационной маски с формой, негативной по отношению к форме конечного электронного компонента. Материал пассивационной маски должен обладать термостабильностью в диапазоне температур, отвечающих последующему синтезу графеноподобных структур, быть инертным к росту графеноподобных структур, а также обладать адгезией к каталитическому материалу. При этом либо подложку изготавливают из каталитического материала, либо каталитическим материалом покрывают ее поверхность. Для обеспечения высокого структурного качества пассивационную маску наносят толщиной, превышающей требуемую толщину синтезируемой позже графеноподобной структуры на 10%. Форму пассивационной маски создают либо непосредственно при ее нанесении, либо с помощью ее нанесения поверх временной маски, впоследствии удаляемой. Создание формы пассивационной маски непосредственно при ее нанесении осуществляют либо трафаретно, либо аддитивно, либо другими физико-химическими методами, позволяющими выполнить нанесение зонально. При создании формы пассивационной маски с помощью ее нанесения поверх временной маски, на поверхность подложки сперва наносят материал временной маски, обладающий адгезией по отношению к каталитическому материалу подложки или покрытия подложки. Для достижения высокого структурного качества временную маску наносят толщиной, превышающей толщину слоя пассивационной маски не менее чем на 10%. При этом форма временной маски является негативной по отношению к форме пассивационной маски. Форму временной маски создают либо непосредственно при ее нанесении, либо экспонированием после нанесения. Создание формы временной маски непосредственно при нанесении осуществляют либо трафаретно, либо аддитивно, либо другими физико-химическими методами, позволяющими выполнить нанесение зонально. При создании формы временной маски экспонированием, временный слой наносят на всю поверхность подложки либо центрифугированием, либо формованием, либо методами физического или химического осаждения, либо другими физико-химическими методами, позволяющими получить равномерную толщину слоя. Далее временный слой подвергают экспонированию с последующим удалением зон временного слоя, отвечающих позитивной форме пассивационной маски таким образом, что на подложке остаются зоны временного слоя, отвечающие негативной форме пассивационной маски, формирующие временную маску. В случае использования фоторезиста в качестве материала временного слоя, его экспонирование проводят световым потоком. Далее, на всю поверхность подложки, как покрытую, так и не покрытую временной маской, наносят слой материала пассивационной маски. Далее временную маску удаляют вместе с лежащим поверх нее материалом пассивационной маски, обнажая при этом каталитический материал подложки или покрытия подложки так, что на подложке материал пассивационной маски остается только в зонах, где он был нанесен непосредственно на поверхность подложки, формируя пассивационную маску на поверхности подложки, отвечающую негативной форме конечного электронного компонента. После нанесения пассивационной маски, с целью повышения структурного качества, осуществляют нагрев и выдержку подложки с нанесенной термостабильной маской при температуре стабилизации. В частности, при синтезе одно- или многослойного графена или оксида графена или их модификаций, в качестве материала пассивационной маски используют хром, золото, кобальт, титан и прочие, стабилизацию которых проводят при температурах 300-600°С.In the case of creating the shape of the zones that catalyze the synthesis of graphene-like structures by preliminarily applying a passivation mask, zones are created on the substrate surface from the material of the passivation mask with a shape that is negative with respect to the shape of the final electronic component. The passivation mask material should have thermal stability in the temperature range corresponding to the subsequent synthesis of graphene-like structures, be inert to the growth of graphene-like structures, and also have adhesion to the catalytic material. In this case, either the substrate is made of a catalytic material, or its surface is coated with a catalytic material. To ensure high structural quality, the passivation mask is applied with a thickness exceeding the required thickness of the graphene-like structure synthesized later by 10%. The form of the passivation mask is created either directly upon its application, or by applying it over a temporary mask, which is subsequently removed. The creation of the shape of the passivation mask directly during its application is carried out either by stencil or additively, or by other physicochemical methods that allow applying zonal. When creating the shape of a passivation mask by applying it over a temporary mask, a temporary mask material is first applied to the surface of the substrate with adhesion to the catalyst material of the substrate or substrate coating. To achieve high structural quality, a temporary mask is applied with a thickness exceeding the thickness of the passivation mask layer by at least 10%. In this case, the shape of the temporary mask is negative in relation to the shape of the passivation mask. The form of a temporary mask is created either directly during its application, or by exposure after application. The creation of the form of a temporary mask directly during application is carried out either by stenciling, or additively, or by other physico-chemical methods that allow applying zonal. When creating the shape of a temporary mask by exposure, a temporary layer is applied to the entire surface of the substrate, either by centrifugation or molding, or by physical or chemical deposition methods, or other physico-chemical methods that make it possible to obtain a uniform layer thickness. Next, the temporary layer is exposed with subsequent removal of the zones of the temporary layer corresponding to the positive form of the passivation mask so that the zones of the temporary layer corresponding to the negative form of the passivation mask remain on the substrate, forming a temporary mask. In the case of using a photoresist as a temporary layer material, its exposure is carried out with a light flux. Further, on the entire surface of the substrate, both covered and not covered with a temporary mask, a layer of passivation mask material is applied. Next, the temporary mask is removed together with the passivation mask material lying on top of it, while exposing the catalytic material of the substrate or substrate coating so that the passivation mask material remains on the substrate only in areas where it was applied directly to the substrate surface, forming a passivation mask on the substrate surface. corresponding to the negative form of the final electronic component. After applying the passivation mask, in order to improve the structural quality, the substrate with the applied thermostable mask is heated and held at the stabilization temperature. In particular, in the synthesis of single or multilayer graphene or graphene oxide or their modifications, chromium, gold, cobalt, titanium and others are used as the material of the passivation mask, the stabilization of which is carried out at temperatures of 300-600°C.

Синтез графеноподобных структур осуществляют либо методами химического или плазменно-химического осаждения из газовой фазы, либо нанесением из коллоидных растворов, либо другими физико-химическими методами. В частности, при синтезе одно-или многослойного графена или оксида графена или их модификаций из газовой фазы, с целью повышения структурного качества, в качестве углероднесущего газа используют углеводороды С₁-С₅ в инертной газовой среде с дополнительным введением газообразных примесей хлора, фтора, гидрозина и прочих; паров металлорганических соединений и других растворов, а также испарения легкоплавких веществ в процессе синтеза внутри реактора.The synthesis of graphene-like structures is carried out either by chemical or plasma-chemical deposition from the gas phase, or by deposition from colloidal solutions, or by other physicochemical methods. In particular, in the synthesis of single- or multilayer graphene or graphene oxide or their modifications from the gas phase, in order to improve the structural quality, C ₁ -C ₅ hydrocarbons are used as a carbon-bearing gas in an inert gas medium with the additional introduction of gaseous impurities of chlorine, fluorine, hydrozine and others; vapors of organometallic compounds and other solutions, as well as evaporation of fusible substances during synthesis inside the reactor.

В случае, когда создаваемый электронный компонент не требует подведения электрических контактов (например, когда он работает как самостоятельный элемент, не являющийся частью электронной цепи), после синтеза графеноподобной структуры она непосредственно на подложке покрывается сверху полимером, являющимся носителем электронного компонента. При этом отсутствие этапа мокрого переноса позволяет сделать технологический процесс масштабируемым и с существенным уменьшением количества дефектов. В случае необходимости подведения электропроводящих контактов их наносят на поверхность синтезированной графеноподобной структуры до покрытия полимером.In the case when the created electronic component does not require electrical contacts (for example, when it works as an independent element that is not part of the electronic circuit), after the synthesis of the graphene-like structure, it is directly on the substrate covered from above with a polymer that is the carrier of the electronic component. At the same time, the absence of a wet transfer stage makes it possible to make the technological process scalable and with a significant reduction in the number of defects. If it is necessary to supply electrically conductive contacts, they are applied to the surface of the synthesized graphene-like structure before polymer coating.

После односторонней инкапсуляции полученной структуры в полимере, подложку и каталитический материал удаляют для обеспечения прозрачности. Пассивационную маску также удаляют, если она обладает низкой прозрачностью. На данном этапе также возможно подведение электропроводящих контактов с другой стороны синтезированной структуры, еще не покрытой полимером. После этого, при необходимости, осуществляют инкапсулирование структуры в полимере и с другой стороны.After one-sided encapsulation of the resulting structure in a polymer, the support and catalytic material are removed to ensure transparency. The passivating mask is also removed if it has low transparency. At this stage, it is also possible to connect electrically conductive contacts on the other side of the synthesized structure, which is not yet coated with a polymer. After that, if necessary, carry out the encapsulation of the structure in the polymer and on the other hand.

В случае необходимости изменения конечной формы полученного электронного компонента проводят его формование с целью придания иной формы, отличающейся от исходной формы поверхности подложки.If it is necessary to change the final form of the resulting electronic component, it is molded in order to give a different shape that differs from the initial shape of the substrate surface.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи. В конкретном случае, не ограничивающем данное изобретение, изображено:The invention will be better understood from the description, which is not restrictive and given with reference to the accompanying drawings. In a specific case, not limiting the invention, depicted:

Фиг. 1 - Изображение графена, инкапсулированного в полимере носителе, полученное с помощью методов сканирующей электронной микроскопии. Образец был изготовлен в лабораторных условиях и демонстрирует возможность создания электронных компонентов с разрешением детализации до микрометров. Указанная детализация ограничена возможностями использованного лабораторного оборудования, и в промышленных условиях возможно достижение более высокого уровня детализации на наноуровне.Fig. 1 - Image of graphene encapsulated in a carrier polymer, obtained using scanning electron microscopy methods. The sample was made in the laboratory and demonstrates the ability to create electronic components with a resolution of detail down to micrometers. This detailing is limited by the capabilities of the laboratory equipment used, and in industrial conditions it is possible to achieve a higher level of detailing at the nanoscale.

Фиг. 2 - Последовательность этапов одного из заявленных способов получения гибких и прозрачных электронных компонентов, а - подбор подходящей подложки как изготовленной из меди высокой чистоты 99,8%; б - нанесение временного слоя фоторезиста и его экспонирование, в - удаление зон временного слоя фоторезиста с формированием на поверхности медной подложки временной маски (форма временной маски отвечает позитивной форме конечного электронного компонента); г - нанесение слоя хрома на подложку поверх временной маски с последующим удалением временной маски и, тем самым, формированием пассивационной маски из хрома на медной подложке (форма пассивационной маски является негативной по отношению к форме конечного электронного компонента), д - синтез малослойного графена из газовой среды в зонах медной подложки, свободных от пассивационной маски (форма синтезированной графеновой структуры определяет форму конечного электронного компонента); е - нанесение электропроводящих контактов; ж - односторонняя инкапсуляция синтезированной структуры с электропроводящими контактами в полипропилене-носителе непосредственно на подложке с исключением этапа мокрого переноса; з - удаление подложки и термостабильной пассивационной маски; и - полное инкапсулирование графеновой структуры в полипропилене.Fig. 2 - The sequence of steps of one of the claimed methods for obtaining flexible and transparent electronic components, a - selection of a suitable substrate as made of 99.8% high purity copper; b - deposition of a temporary photoresist layer and its exposure, c - removal of zones of the temporary photoresist layer with the formation of a temporary mask on the surface of the copper substrate (the shape of the temporary mask corresponds to the positive shape of the final electronic component); d - deposition of a chromium layer on the substrate over the temporary mask with subsequent removal of the temporary mask and, thereby, the formation of a passivation mask from chromium on a copper substrate (the shape of the passivation mask is negative with respect to the shape of the final electronic component), e - synthesis of low-layer graphene from gas media in the zones of the copper substrate free from the passivation mask (the shape of the synthesized graphene structure determines the shape of the final electronic component); e - application of electrically conductive contacts; g - one-sided encapsulation of the synthesized structure with electrically conductive contacts in polypropylene-carrier directly on the substrate with the exception of the wet transfer stage; h - removal of the substrate and the thermostable passivation mask; and - complete encapsulation of the graphene structure in polypropylene.

Фиг. 3 - Пассивационная маска из хрома, созданная на поверхности медной подложки, обладающей 3D рельефом.Fig. 3 - A passivation mask made of chromium, created on the surface of a copper substrate with a 3D relief.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Заявленный способ получения гибких и прозрачных электронных компонентов на основе графеноподобных структур (Фиг. 1), в частности, из одно- или многослойного графена или оксида графена или их модификаций (внедрение в кристаллическую решетку графена примесных атомов, таких как кислород, сера, азот и многих других, допирование функциональными группами и прочие), схожих по процессу синтеза 2D материалов (дисульфид молибдена, нитрид бора, борофен и прочие), а также гетероструктур на базе графеноподобных 2D материалов и полимера осуществляется следующим образом.The claimed method for producing flexible and transparent electronic components based on graphene-like structures (Fig. 1), in particular, from single- or multilayer graphene or graphene oxide or their modifications (introduction of impurity atoms into the crystal lattice of graphene, such as oxygen, sulfur, nitrogen and many others, doping with functional groups, etc.), similar in the synthesis of 2D materials (molybdenum disulfide, boron nitride, borophene, etc.), as well as heterostructures based on graphene-like 2D materials and a polymer, is carried out as follows.

На первом этапе осуществляют подбор подходящей подложки (Фиг. 2а), и создание на ней зон, катализирующих синтез графеноподобных структур. Для этого осуществляют подбор материала подложки и подбор каталитического материала. Требования к подложке, следующие: подложка должна обеспечивать адгезию к наносимым на нее материалам, подложка должна обеспечивать термостабильность и не деформироваться в процессе синтеза, подложка должна быть легко удаляемой впоследствии физико-химическими методами.At the first stage, a suitable substrate is selected (Fig. 2a), and zones are created on it that catalyze the synthesis of graphene-like structures. For this, the selection of the substrate material and the selection of the catalytic material are carried out. The requirements for the substrate are as follows: the substrate must provide adhesion to the materials deposited on it, the substrate must provide thermal stability and not deform during synthesis, the substrate must be easily removed subsequently by physicochemical methods.

В качестве каталитических материалов могут использоваться как металлы и сплавы, так и не металлические материалы, в частности, оксиды металлов. При синтезе одно- или многослойного графена или оксида графена или их модификаций, в качестве каталитического материала могут использоваться медь, никель, железо и прочие металлы, и их сплавы, обладающие каталитическими свойствами, а также сапфир, кремний, карбид кремния, и прочие не металлические материалы, в том числе оксиды металлов, обладающие каталитическими свойствами. Использование в качестве каталитически активных материалов веществ высокой степени частоты 99% и выше повышает качество синтезируемой графеноподобной пленки.Both metals and alloys and non-metal materials, in particular metal oxides, can be used as catalytic materials. In the synthesis of single- or multilayer graphene or graphene oxide or their modifications, copper, nickel, iron and other metals and their alloys with catalytic properties, as well as sapphire, silicon, silicon carbide, and other non-metal materials, including metal oxides, with catalytic properties. The use of substances with a high frequency of 99% and higher as catalytically active materials improves the quality of the synthesized graphene-like film.

Подложка может быть любого размера и обладать любой произвольной формой, ее поверхность может быть как плоской, так и иметь 3D рельеф (на фиг. 3 изображен пример создания пассивационной маски на поверхности подложки, обладающей 3D рельефом). При необходимости осуществляют предварительную подготовку поверхности подложки, которая включает по крайней мере одну обработку, выбранную из группы: механическая полировка, химическая полировка, плазменная очистка. Кроме того, при необходимости осуществляют восстановление каталитических свойств подложки перед синтезом, для этого осуществляют обработку подложки в восстановительной среде, например путем нагрева подложки при температуре 100-1200°С в атмосфере водорода или другими известными способами (зависит от природы каталитического материала и синтезируемой графеноподобной структуры), обеспечивающими восстановление каталитических свойств подложки. В конкретном случае, не ограничивающем данное изобретение, использовалась медная фольга чистотой 99,8%. Толщина фольги составляла 25 мкм. Механическая обработка не требовалась, однако осуществлялась химическая полировка в водном растворе азотной кислоты с концентрацией H2O:HNO3=2:1 в течение 60 с.The substrate can be of any size and have any arbitrary shape, its surface can be either flat or have a 3D relief (Fig. 3 shows an example of creating a passivation mask on the surface of a substrate with a 3D relief). If necessary, preliminary preparation of the substrate surface is carried out, which includes at least one treatment selected from the group: mechanical polishing, chemical polishing, plasma cleaning. In addition, if necessary, the restoration of the catalytic properties of the substrate before synthesis is carried out, for this, the substrate is processed in a reducing environment, for example, by heating the substrate at a temperature of 100-1200 ° C in a hydrogen atmosphere or by other known methods (depending on the nature of the catalytic material and the synthesized graphene-like structure). ) providing restoration of the catalytic properties of the substrate. In a specific case, not limiting this invention, used copper foil with a purity of 99.8%. The foil thickness was 25 μm. Mechanical treatment was not required, however, chemical polishing was carried out in an aqueous solution of nitric acid with a concentration of H2O:HNO3=2:1 for 60 s.

Затем осуществляется формирование зон, катализирующих синтез графеноподобной структуры. В конкретном случае, не ограничивающем данное изобретение, на медной фольге, использованной в качестве подложки, зоны формировались при помощи пассивационной маски, путем магнетронного распыления металлического хрома поверх слоя каталитического материала с использованием временного слоя (Фиг. 2г). После создания термостабильной хромовой маски на поверхности медной фольги осуществлялся ее отжиг при температуре 400°С в течение 30 минут с целью рекристаллизации материала маски и повышения адгезии на границе хром - медь. Материалом пассивационной маски может быть любой инертный к росту графеноподобных структур материал, например хром, золото, кобальт, титан, алюминий, оксид никеля, полимеры и прочие, в зависимости от технологии, используемой для синтеза графеноподобной структуры. Нанесение пассивационной маски (Фиг. 2г) на поверхность подложки может быть осуществлено электронно-лучевым, магнетронным, вакуумным или другими видами напыления. Материал пассивационной маски должен обладать возможностью селективного удаления относительно каталитического материала и материала синтезируемой структуры. Пассивационная маска наносится толщиной, равной или превышающей требуемую толщину синтезируемой графеноподобной структуры, при этом на практике принято использовать разницу толщин в 10%, но возможно и другое соотношение толщин. После создания маски может понадобиться ее отжиг с целью рекристаллизации или стабилизации. Для этого случая и случая высокотемпературного синтеза графеноподобных структур материал пассивационной маски должен быть термостойким.Then the formation of zones catalyzing the synthesis of a graphene-like structure is carried out. In a specific non-limiting case, on a copper foil used as a substrate, zones were formed using a passivation mask by magnetron sputtering of chromium metal over a layer of catalytic material using a temporary layer (Fig. 2d). After creating a thermally stable chromium mask on the surface of the copper foil, it was annealed at a temperature of 400°C for 30 minutes in order to recrystallize the mask material and increase adhesion at the chromium-copper interface. The passivation mask material can be any material inert to the growth of graphene-like structures, such as chromium, gold, cobalt, titanium, aluminum, nickel oxide, polymers, and others, depending on the technology used to synthesize the graphene-like structure. The deposition of a passivation mask (Fig. 2d) on the substrate surface can be carried out by electron beam, magnetron, vacuum, or other types of sputtering. The material of the passivation mask must be capable of selective removal with respect to the catalytic material and the material of the synthesized structure. The passivation mask is applied with a thickness equal to or greater than the required thickness of the synthesized graphene-like structure; in practice, it is customary to use a thickness difference of 10%, but another thickness ratio is also possible. After creating the mask, it may be necessary to anneal it in order to recrystallize or stabilize it. For this case and the case of high-temperature synthesis of graphene-like structures, the material of the passivation mask must be heat-resistant.

В конкретном случае, не ограничивающем данное изобретение, временный слой для создания пассивационной маски получали из слоя фоторезиста, нанесенного методом центрифугирования, его форма задавалась фотолитографией. Фотолитография проводилась экспонированием фоторезиста через фотошаблон оптическим излучением с длиной волны 360 нм. Удаление фоторезиста осуществлялось в 1% растворе гидроксида калия. Форма временной маски (Фиг. 2в) является негативной по отношению к форме пассивационной маски (Фиг. 2г). Использование временной маски, как дополнительного технологического этапа, оправдано при создании термостабильной пассивационной маски на больших поверхностях. Материал временной маски должен обеспечивать адгезию с каталитическим материалом, но быть легко удаляем физико-химическими методами. При удалении временной маски, вместе с ней удаляется и нанесенный поверх нее слой материала пассивационной маски. Тогда материал пассивационной маски остается только в зонах, где он наносился непосредственно на каталитический материал (Фиг. 2г). С целью обеспечить высокое качество пассивационной маски, а также легкое удаление временной маски, толщина временной маски должна быть больше толщины наносимого поверх нее слоя материала пассивационной маски, при этом на практике принято использовать разницу толщин в 10%, но возможно и другое соотношение толщин. При этом, чтобы обеспечить возможность удаления временной маски, например, химическим растворением, наносимый поверх нее материал пассивационной маски не должен покрывать боковые поверхности временной маски (поверхности, перпендикулярные поверхности подложки). Этого можно достичь либо подбирая материал временной маски как пассивационный по отношению к материалу пассивационной маски, либо нанося материал пассивационной маски направленным напылением. Форму временной маски создают либо непосредственно при нанесении, трафаретным напылением или аддитивной печатью, либо экспонированием. В последнем случае на поверхность подложки наносится временный слой (Фиг. 2б) (центрифугированием, формованием, методами химического или физического осаждения из газовой фазы и другими известными способами нанесения слоев на поверхность материала), который экспонируется (литографией или другими технологиями экспонирования) заданной формой (Фиг. 2в). В качестве материала временного слоя может использоваться фоторезист, и экспонирование при этом проводится световым потоком. Далее, удаляются зоны временного слоя, создавая временную маску. Удаляться могут как экспонированные участи временного слоя, так и не экспонированные, в зависимости от выбранной технологии.In a specific case, not limiting this invention, a temporary layer for creating a passivation mask was obtained from a layer of photoresist applied by spin coating, its shape was set by photolithography. Photolithography was carried out by exposing the photoresist through a photomask with optical radiation at a wavelength of 360 nm. The photoresist was removed in 1% potassium hydroxide solution. The shape of the temporary mask (Fig. 2c) is negative with respect to the shape of the passivation mask (Fig. 2d). The use of a temporary mask as an additional technological step is justified when creating a thermally stable passivation mask on large surfaces. The temporary mask material should provide adhesion to the catalytic material, but be easily removed by physicochemical methods. When the temporary mask is removed, the layer of passivation mask material deposited on top of it is removed along with it. Then the passivation mask material remains only in the zones where it was applied directly to the catalytic material (Fig. 2d). In order to ensure high quality of the passivation mask, as well as easy removal of the temporary mask, the thickness of the temporary mask should be greater than the thickness of the layer of passivation mask material applied over it, while in practice it is customary to use a thickness difference of 10%, but another thickness ratio is possible. At the same time, in order to ensure the possibility of removing the temporary mask, for example, by chemical dissolution, the passivation mask material applied over it should not cover the side surfaces of the temporary mask (surfaces perpendicular to the surface of the substrate). This can be achieved either by selecting the material of the temporary mask as passivation in relation to the material of the passivation mask, or by applying the material of the passivation mask by directional spraying. The shape of the temporary mask is created either directly upon application, by screen spraying or additive printing, or by exposure. In the latter case, a temporary layer is deposited on the surface of the substrate (Fig. 2b) (by centrifugation, molding, chemical or physical vapor deposition, and other known methods of applying layers to the surface of the material), which is exposed (by lithography or other exposure technologies) with a given shape ( Fig. 2c). A photoresist can be used as the temporary layer material, and the exposure is carried out with a light flux. Next, the zones of the temporary layer are removed, creating a temporary mask. Both exposed parts of the temporary layer and unexposed ones can be deleted, depending on the selected technology.

Форма пассивационной маски может создаваться без использования временной маски нанесением материала пассивационной маски непосредственно на подложку сразу с заданной формой трафаретным напылением (электронно-лучевым, магнетронным, вакуумным или другими видами напыления) или аддитивно (3D или 2D печатью).The passivation mask shape can be created without using a temporary mask by applying the passivation mask material directly onto the substrate immediately with a given shape by screen deposition (electron beam, magnetron, vacuum or other types of deposition) or additively (3D or 2D printing).

Пассивационная маска используется для формирования зон, катализирующих синтез графеноподобной структуры, когда подложка изготовлена из каталитического материала или покрыта слоем каталитического материала. С целью удешевления технологии возможно использование подложек, изготовленных из некаталитического материала. При этом формирование зон, катализирующих синтез графеноподобной структуры, осуществляют без использования пассивационной маски нанесением зон каталитического материала непосредственно на подложку сразу с заданной формой трафаретным напылением (электронно-лучевым, магнетронным, вакуумным или другими видами напыления) или аддитивно (3D или 2D печатью).The passivation mask is used to form zones that catalyze the synthesis of a graphene-like structure when the substrate is made of a catalytic material or coated with a layer of a catalytic material. In order to reduce the cost of technology, it is possible to use substrates made of non-catalytic material. In this case, the formation of zones catalyzing the synthesis of a graphene-like structure is carried out without using a passivation mask by applying zones of the catalytic material directly onto the substrate immediately with a given shape by screen deposition (electron beam, magnetron, vacuum or other types of deposition) or additively (3D or 2D printing).

При формировании зон, катализирующих синтез графеноподобной структуры, с помощью временной маски, на поверхности подложки, выполненной из некаталитического материала, создается временная маска, поверх которой наносится слой каталитического материала, Материал временной маски должен обеспечивать адгезию с материалом подложки, но быть легко удаляем физико-химическими методами. При удалении временной маски, вместе с ней удаляется и нанесенный поверх нее слой каталитического материала, когда каталитический материал на подложке остается только в зонах, где он наносился непосредственно на материал подложки. С целью обеспечить высокое качество остающихся на подложке зон каталитического материала, а также легкое удаление временной маски, толщина временной маски должна быть больше толщины наносимого поверх нее каталитического материала, при этом на практике принято использовать разницу толщин в 10%, но возможно и другое соотношение толщин. При этом, чтобы обеспечить возможность удаления временной маски, например, химическим растворением, наносимый каталитический материал не должен покрывать боковые поверхности временной маски (поверхности, перпендикулярные поверхности подложки). Этого можно достичь либо подбирая материал временной маски как пассивационный по отношению к каталитическому материалу, либо нанося каталитический материал направленным напылением. Форму временной маски создают либо непосредственно при нанесении, трафаретным напылением или аддитивной печатью, либо экспонированием. В последнем случае на материал подложки наносится временный слой (центрифугированием, формованием, методами химического или физического осаждения из газовой фазы и другими известными способами нанесения слоев на поверхность материала), который экспонируется заданной формой (литографией или другими технологиями экспонирования). В качестве материала временного слоя может использоваться фоторезист, и экспонирование при этом проводится световым потоком. Далее, удаляются зоны временного слоя, создавая временную маску. Удаляться могут как экспонированные участки временного слоя, так и не экспонированные, в зависимости от выбранной технологии.When forming zones that catalyze the synthesis of a graphene-like structure using a temporary mask, a temporary mask is created on the surface of a substrate made of non-catalytic material, on top of which a layer of catalytic material is applied. The material of the temporary mask should provide adhesion to the substrate material, but be easily removed by physical chemical methods. When the temporary mask is removed, the layer of catalytic material deposited on top of it is removed along with it, when the catalytic material remains on the substrate only in the zones where it was deposited directly on the substrate material. In order to ensure high quality of the zones of catalytic material remaining on the substrate, as well as easy removal of the temporary mask, the thickness of the temporary mask should be greater than the thickness of the catalytic material applied over it, while in practice it is customary to use a thickness difference of 10%, but another thickness ratio is also possible. . At the same time, in order to ensure the possibility of removing the temporary mask, for example, by chemical dissolution, the applied catalytic material should not cover the side surfaces of the temporary mask (surfaces perpendicular to the surface of the substrate). This can be achieved either by selecting the material of the temporary mask as passivating with respect to the catalytic material, or by applying the catalytic material by directional sputtering. The shape of the temporary mask is created either directly upon application, by screen spraying or additive printing, or by exposure. In the latter case, a temporary layer is applied to the substrate material (by centrifugation, molding, chemical or physical vapor deposition, and other known methods of applying layers to the surface of the material), which is exposed to a given shape (lithography or other exposure technologies). A photoresist can be used as the temporary layer material, and the exposure is carried out with a light flux. Next, the zones of the temporary layer are removed, creating a temporary mask. Both exposed and unexposed areas of the temporary layer can be deleted, depending on the selected technology.

После создания зон, катализирующих синтез, осуществляется синтез графеноподобной структуры (Фиг. 2д). Для этого, в конкретном случае, не ограничивающем данное изобретение, подложка с термостабильной маской помещалась в реактор химического осаждения из газовой фазы. Она была отожжена в газовой смеси водород: аргон в соотношении 1:10, при давлении 10 кПа и температуре 1000°С в течение 30 минут. После этого в камеру вводили Н2 и СН4 в соотношении 100:1 и в течение 20 минут осуществлялся синтез графена, при давлении 10кПа и температуре 1000°С. В результате пиролиза СН4 были получены нанослои графена на меди. Подложку вынимали из печи при 150°С, до этого она охлаждалась в среде аргона.After the creation of zones that catalyze the synthesis, the synthesis of a graphene-like structure is carried out (Fig. 2e). To do this, in a specific case that does not limit the invention, a substrate with a thermally stable mask was placed in a chemical vapor deposition reactor. It was annealed in a gas mixture of hydrogen: argon in a ratio of 1:10, at a pressure of 10 kPa and a temperature of 1000°C for 30 minutes. After that, H2 and CH4 were introduced into the chamber in a ratio of 100:1, and graphene was synthesized for 20 minutes at a pressure of 10 kPa and a temperature of 1000°C. As a result of CH4 pyrolysis, nanolayers of graphene on copper were obtained. The substrate was taken out of the oven at 150°C, before which it was cooled in an argon atmosphere.

Толщина слоя синтезируемого материала зависит от требований, выдвигаемых к конечному электронному компоненту, и регулируется временем роста. Для синтеза графеноподобных структур используют различные методы, наиболее распространенными из которых являются химическое или плазменно-химическое осаждение из газовой фазы. В частности, при синтезе одно- и малослойного графена или оксида графена или их модификаций, суть этих методов заключается в пиролизе углеродсодержащих газов в интервале температур 300-1300°С и осаждении на поверхность каталитического материала углерода, с последующим формированием из него тонких пленок. Данный метод обеспечивает высокий выход высокоупорядоченных углеродных структур типа графен/оксид графена. Наибольшее количество углерода выделяется в процессе пиролиза углеводородов С₁-С₅. Химическое осаждение из газовой фазы может проводиться как при остаточном, так и при избыточном атмосферном давлении. Использование в качестве защитной среды инертных газов гелия, неона, аргона и т.д., позволяет добиться более высокой структурной целостности синтезируемой структуры. Также возможно использование не инертного газа в качестве защитной среды, например азота, нулевого воздуха и прочих, поскольку они не участвуют в процессе пиролиза. Получение модификаций пленок графена возможно благодаря введению газовых примесей в процесс химического осаждения из газовой фазы. Примеси вводятся потоком инертного газа, их источником могут служить газообразные соединения (фторид ксенона, диоксид серы, фторид хлора и прочие), жидкости через которые пропускается инертный газ и переносит их пары (гидрата гидразина, хлорбензилхлорида, растворы металлорганических соединений и т.д.), а также твердые вещества, которые испаряются непосредственно в процессе синтеза (бор, магний, цинк, натрий и т.д.). При необходимости осуществляют стабилизацию полученных пленок высокотемпературным отжигом, при температурах до 1400°С. После синтеза подложка с синтезированной структурой охлаждается в потоке инертного газа, препятствующего окислению и разрушению структуры.The thickness of the synthesized material layer depends on the requirements put forward to the final electronic component and is controlled by the growth time. For the synthesis of graphene-like structures, various methods are used, the most common of which are chemical or plasma-chemical vapor deposition. In particular, in the synthesis of single-layer and few-layer graphene or graphene oxide or their modifications, the essence of these methods is the pyrolysis of carbon-containing gases in the temperature range of 300–1300°C and the deposition of carbon on the surface of the catalytic material, followed by the formation of thin films from it. This method provides a high yield of highly ordered graphene/graphene oxide carbon structures. The largest amount of carbon is released during the pyrolysis of hydrocarbons C ₁ -C ₅ . Chemical vapor deposition can be carried out both at residual and at excess atmospheric pressure. The use of inert gases of helium, neon, argon, etc. as a protective medium makes it possible to achieve a higher structural integrity of the synthesized structure. It is also possible to use a non-inert gas as a protective medium, such as nitrogen, zero air, and others, since they do not participate in the pyrolysis process. Obtaining modifications of graphene films is possible due to the introduction of gas impurities in the process of chemical vapor deposition. Impurities are introduced by an inert gas flow, their source can be gaseous compounds (xenon fluoride, sulfur dioxide, chlorine fluoride, etc.), liquids through which an inert gas passes and carries their vapors (hydrazine hydrate, chlorobenzyl chloride, solutions of organometallic compounds, etc.) , as well as solids that evaporate directly during the synthesis process (boron, magnesium, zinc, sodium, etc.). If necessary, the obtained films are stabilized by high-temperature annealing at temperatures up to 1400°C. After synthesis, the substrate with the synthesized structure is cooled in an inert gas flow, which prevents oxidation and destruction of the structure.

После охлаждения и выемки из печи, в конкретном случае, не ограничивающем данное изобретение, к полученной пленке графена были подведены вольфрамовые иглы для измерения электропроводности, омический контакт осуществлялся посредством электропроводящего клея на основе микрочастиц серебра. В качестве полимера-носителя использовался полипропилен, равномерный слой которого задавался посредством формования. Помимо полипропилена в качестве полимера-носителя может быть использовано любое полимерное соединение, отвечающее технологическим требованиям (например, по прозрачности и изоляционным свойствам), обладающее необходимой прочностью и гибкостью и не разрушающееся при удалении подложки и пассивационной маски, например полиуретановые и полиэфирные смолы, полиэтилен, эпоксидные смолы, прочие пластики, эластомеры. Время и технология полимеризации зависят от выбранного полимера. При необходимости перед нанесением полимера возможно осуществление подвода контактов (омических или других) к синтезированной структуре (Фиг. 2е). Необходимость в контактах зависит от дальнейшего применения электронного компонента на основе графеноподобной структуры: они необходимы, когда он является частью электронной цепи и необходимость в них отсутствует, когда он является самостоятельным элементом, например, радиочастотной идентифицирующей микросхемой. После полимеризации полимера-носителя он становится надежно связан с синтезированной структурой, а подведенные контакты становятся интегрированными в его структуру, что обеспечивает высокие механические характеристики (Фиг. 2ж). В отличие от существующих технических решений, этап мокрого переноса, при котором графеноподобную структуру переносят на полимерный носитель через жидкую фазу, не используется, что существенно повышает масштабируемость процесса (перенос через мокрую фазу является трудно-механизируемым процессом). Кроме того, повышается структурное совершенство создаваемых электронных компонентов, так как за счет отсутствия переноса графеноподобной структуры в жидкости на другой носитель удается избежать образования складок, разрывов и других дефектов структуры.After cooling and removal from the furnace, in a specific case that does not limit this invention, tungsten needles were brought to the resulting graphene film to measure the electrical conductivity, ohmic contact was carried out using an electrically conductive adhesive based on silver microparticles. Polypropylene was used as the carrier polymer, the uniform layer of which was set by molding. In addition to polypropylene, any polymer compound can be used as a carrier polymer that meets the technological requirements (for example, in terms of transparency and insulating properties), has the necessary strength and flexibility and does not collapse when the substrate and passivation mask are removed, for example, polyurethane and polyester resins, polyethylene, epoxy resins, other plastics, elastomers. Time and technology of polymerization depend on the chosen polymer. If necessary, before applying the polymer, it is possible to supply contacts (ohmic or other) to the synthesized structure (Fig. 2e). The need for contacts depends on the further application of the electronic component based on a graphene-like structure: they are necessary when it is part of an electronic circuit and they are not needed when it is an independent element, for example, an RF identification chip. After polymerization of the carrier polymer, it becomes reliably bound to the synthesized structure, and the connected contacts become integrated into its structure, which ensures high mechanical characteristics (Fig. 2g). Unlike existing technical solutions, the wet transfer stage, in which a graphene-like structure is transferred to a polymer carrier through a liquid phase, is not used, which significantly increases the scalability of the process (transfer through a wet phase is a difficult-to-mechanize process). In addition, the structural perfection of the created electronic components increases, since due to the absence of transfer of a graphene-like structure in a liquid to another carrier, it is possible to avoid the formation of folds, ruptures, and other structural defects.

Затем, в конкретном случае, не ограничивающем данное изобретение, осуществлялось удаление подложки и пассивационной маски. Удаление медной подложки осуществлялось травлением в 5% водном растворе соляной кислоты. Удаление пассивационной маски из хрома осуществляют в 10% водном растворе гидроксида натрия. После данного этапа, при необходимости, возможно подведение электропроводящих контактов и к другой стороне графеноподобной структуры.Then, in a specific case, not limiting the invention, the removal of the substrate and the passivation mask was carried out. The copper substrate was removed by etching in a 5% aqueous solution of hydrochloric acid. Removal of the passivation mask from chromium is carried out in a 10% aqueous solution of sodium hydroxide. After this stage, if necessary, it is possible to bring electrically conductive contacts to the other side of the graphene-like structure.

При необходимости, для предохранения полученной графеноподобной структуры от воздействия механических факторов и факторов окружающей среды осуществляют ее полное инкапсулирование в полимере-носителе, покрывая полимером со стороны, где была удалена подложка (фиг. 2и). В конкретном случае, не ограничивающем данное изобретение, инкапсуляция осуществлялась также полипропиленом, при тех же параметрах полимеризации. Удаление подложки производится практически всегда, а пассивационной маски при необходимости. Например, когда она деградирует требуемые физические или электромагнитные свойства электронного компонента. В частности, пассивационную маску необходимо удалять, если она обладает электропроводностью или низкой прозрачностью. Удаление пассивационной маски возможно проводить разными физико-химическими методами, в частности, методом жидкостного травления (Фиг. 2з).If necessary, to protect the resulting graphene-like structure from the effects of mechanical and environmental factors, it is completely encapsulated in the carrier polymer, covering the side where the substrate was removed with the polymer (Fig. 2i). In a specific case, not limiting the invention, the encapsulation was also carried out with polypropylene, under the same polymerization parameters. The substrate is almost always removed, and the passivation mask, if necessary. For example, when it degrades the required physical or electromagnetic properties of an electronic component. In particular, the passivation mask must be removed if it has electrical conductivity or low transparency. The removal of the passivation mask can be carried out by various physicochemical methods, in particular, by the method of liquid etching (Fig. 2h).

При необходимости, как в случае односторонней, так и в случае двусторонней инкапсуляции в полимере-носителе, осуществляют формование полимера с целью придания иной формы электронному компоненту, отличающейся от исходной формы поверхности подложки.If necessary, both in the case of one-sided and in the case of two-sided encapsulation in the carrier polymer, molding of the polymer is carried out in order to give a different shape to the electronic component, which differs from the initial shape of the substrate surface.

Пример 1Example 1

Для получения структуры из графена с полимером на первом этапе используется подложка из медной фольги прямоугольной формы, имеющая степень чистоты 99,8%. С целью подготовки поверхности проводилась химическая полировка в водном растворе азотной кислоты с концентрацией H2O:HNO3=2:1 в течение 60 секунд.To obtain a structure from graphene with a polymer, at the first stage, a rectangular copper foil substrate with a purity of 99.8% is used. In order to prepare the surface, chemical polishing was carried out in an aqueous solution of nitric acid with a concentration of H2O:HNO3=2:1 for 60 seconds.

Затем на нее осуществляют нанесение пассивационной маски из металлического хрома толщиной не менее 10 нм с помощью создания временной маски, включающего: нанесение на подложку слоя фоторезиста методом центрифугирования; экспонирование фоторезиста световым потоком через фотошаблон; удаление не полимеризованного фоторезиста; напыление металлического хрома магнетронным методом; удаление полимеризованного фоторезиста.Then, a passivation mask of metallic chromium with a thickness of at least 10 nm is applied to it by creating a temporary mask, which includes: deposition of a photoresist layer on the substrate by centrifugation; exposing the photoresist to a light flux through a photomask; removal of unpolymerized photoresist; deposition of metallic chromium by the magnetron method; removal of polymerized photoresist.

После чего осуществляют синтез графена на свободной от пассивационной маски поверхности медной подложки с помощью химического осаждения из газовой фазы. Для этого осуществляют пиролиз паров этанола при температуре 900°С и давлении 10кПа, протекающий параллельно с осаждением углерода на поверхность медной фольги, приводящий к формированию тонкой пленки графена.After that, graphene is synthesized on the surface of the copper substrate free from the passivation mask using chemical vapor deposition. To do this, pyrolysis of ethanol vapor is carried out at a temperature of 900°C and a pressure of 10 kPa, which proceeds in parallel with the deposition of carbon on the surface of copper foil, leading to the formation of a thin film of graphene.

Далее осуществляется нанесение полимера-носителя, использован полипропилен, на синтезированную структуру графена. Затем осуществлено удаление подложки и пассивационной маски травлением в растворе азотной и соляной кислот.Next, the carrier polymer is applied, polypropylene is used, onto the synthesized graphene structure. Then, the substrate and the passivation mask were removed by etching in a solution of nitric and hydrochloric acids.

Пример 2Example 2

Для получения структуры из графена с полимером на первом этапе используется сапфировая подложка прямоугольной формы, степень чистоты 99,9%.To obtain a structure from graphene with a polymer, at the first stage, a rectangular sapphire substrate is used, the degree of purity is 99.9%.

На нее осуществляют нанесение пассивационной маски из металлического хрома толщиной не менее 10 нм с помощью временной маски, включающее: нанесение фоторезиста методом центрифугирования; экспонирование рисунка фоторезиста через фотошаблон; удаление не полимеризованного фоторезиста; напыление металлического хрома магнетронным методом; удаление полимеризованного фоторезиста.A passivation mask of metallic chromium with a thickness of at least 10 nm is applied to it using a temporary mask, which includes: deposition of a photoresist by centrifugation; exposing the photoresist pattern through the photomask; removal of unpolymerized photoresist; deposition of metallic chromium by the magnetron method; removal of polymerized photoresist.

После чего осуществляют синтез графена на поверхности сапфировой подложки с помощью химического осаждения из газовой фазы. Для этого осуществляют пиролиз пропана при температуре 900°С и давлении 110кПа, протекающий параллельно с осаждением углерода на поверхность сапфировой подложки, приводящим к формированию тонкой пленки графена.After that, graphene is synthesized on the surface of the sapphire substrate using chemical vapor deposition. To do this, pyrolysis of propane is carried out at a temperature of 900°C and a pressure of 110 kPa, which proceeds in parallel with the deposition of carbon on the surface of the sapphire substrate, leading to the formation of a thin film of graphene.

Далее осуществляется удаление пассивационной маски в 10% водном растворе гидроксида натрия и нанесение полимера-носителя. После полимеризации полимера сапфировая подложка удаляется механически.Next, the passivation mask is removed in a 10% aqueous solution of sodium hydroxide and the carrier polymer is applied. After polymerization of the polymer, the sapphire substrate is removed mechanically.

Пример 3Example 3

Для получения структуры из графена с полимером на первом этапе используется кремниевая подложка прямоугольной формы. На ней формируется медный узор с помощью временной маски, включая: нанесение фоторезиста методом центрифугирования; экспонирование рисунка фоторезиста через фотошаблон; удаление не полимеризованного фоторезиста; магнетронного распыления меди; удаление полимеризованного фоторезиста.To obtain a structure from graphene with a polymer, a rectangular silicon substrate is used at the first stage. A copper pattern is formed on it using a temporary mask, including: applying a photoresist by centrifugation; exposing the photoresist pattern through the photomask; removal of unpolymerized photoresist; magnetron sputtering of copper; removal of polymerized photoresist.

Далее осуществляют синтез графена на поверхности медного узора с помощью плазменно-химического осаждения из газовой фазы. Для этого осуществляют пиролиз метана при температуре 600°С и давлении 100кПа, протекающий параллельно с осаждением углерода на поверхность медного узора, приводящим к формированию тонкой пленки графена.Next, graphene is synthesized on the surface of the copper pattern using plasma-chemical vapor deposition. To do this, pyrolysis of methane is carried out at a temperature of 600°C and a pressure of 100 kPa, which proceeds in parallel with the deposition of carbon on the surface of the copper pattern, leading to the formation of a thin film of graphene.

Далее осуществляется нанесение полимера-носителя, использована эпоксидная смола, на синтезируемую структуру графена. После полимеризации полимера кремниевая подложка удаляется механически, а медный узор удаляется в 10% водном растворе аммиака.Next, the carrier polymer is applied, epoxy resin is used, on the synthesized graphene structure. After polymerization of the polymer, the silicon substrate is removed mechanically, and the copper pattern is removed in a 10% aqueous ammonia solution.

Пример 4Example 4

Для получения структуры из графена с полимером на первом этапе используется подложка из железа прямоугольной формы, имеющая степень чистоты 99%. Поверхность подложки имеет 3D рельеф в виде упорядоченных полусфер радиусом 5 мкм на расстоянии 2 мкм друг от друга.To obtain a structure from graphene with a polymer, at the first stage, a rectangular iron substrate with a purity of 99% is used. The substrate surface has a 3D relief in the form of ordered hemispheres with a radius of 5 μm at a distance of 2 μm from each other.

На нее осуществляют нанесение пассивационной маски из металлического титана методом электронно-лучевого испарения толщиной не менее 30 нм. Рисунок создается благодаря осаждению титана через трафарет, расположенный внутри установки электронно-лучевого испарения.A passivation mask of metallic titanium is applied to it by the method of electron-beam evaporation with a thickness of at least 30 nm. The pattern is created by depositing titanium through a stencil placed inside an electron beam evaporation unit.

Затем производится восстановление каталитических свойств поверхности подложки в газовой смеси водород: аргон в соотношении 1:10, при давлении 10 кПа и температуре 1000°С в течение 30 минут. После этого проводится синтез графена на поверхности железной подложки с помощью химического осаждения из газовой фазы. Для этого осуществляют пиролиз паров этилена при температуре 900°С и давлении 40кПа, протекающий параллельно с осаждением углерода на поверхность железной подложки, приводящим к формированию тонкой пленки графена.Then the restoration of the catalytic properties of the surface of the substrate in a gas mixture of hydrogen: argon in a ratio of 1:10, at a pressure of 10 kPa and a temperature of 1000°C for 30 minutes. After that, graphene is synthesized on the surface of an iron substrate using chemical vapor deposition. To do this, pyrolysis of ethylene vapor is carried out at a temperature of 900°C and a pressure of 40 kPa, which proceeds in parallel with the deposition of carbon on the surface of the iron substrate, leading to the formation of a thin film of graphene.

Далее осуществляется нанесение полимера-носителя, использована полиуретановая смола, на синтезированную структуру графена. Затем осуществлено удаление подложки и пассивационного слоя травлением в 5% растворе соляной кислоты в присутствии фтора и подогретом до 80°С.Next, the carrier polymer is applied, using a polyurethane resin, to the synthesized graphene structure. Then, the substrate and the passivation layer were removed by etching in a 5% hydrochloric acid solution in the presence of fluorine and heated to 80°C.

Пример 5Example 5

Для получения структуры из графена с полимером на первом этапе используется подложка из никелевой фольги прямоугольной формы, имеющая степень чистоты 99,8%.To obtain a structure from graphene with a polymer, a rectangular nickel foil substrate with a purity of 99.8% is used at the first stage.

На нее осуществляют нанесение пассивационной маски из металлического хрома толщиной не менее 10 нм. через аддитивно созданную временную маску из акрилонитрил-бутадиен-стирола путем 3D печати; напыление металлического хрома осуществлено магнетронным методом; удаление временной маски в парах дихлорметана.A passivation mask of metallic chromium with a thickness of at least 10 nm is applied to it. through an additively created temporary mask made of acrylonitrile butadiene styrene by 3D printing; deposition of metallic chromium was carried out by the magnetron method; removal of the temporary mask in dichloromethane vapor.

После чего осуществляют синтез графена на поверхности медной подложки с помощью химического осаждения из газовой фазы. Для этого осуществляют пиролиз паров метана при температуре 1100°С и давлении 20кПа, протекающий параллельно с осаждением углерода на поверхность никелевой фольги, приводящим к формированию тонкой пленки графена.After that, graphene is synthesized on the surface of a copper substrate using chemical vapor deposition. To do this, pyrolysis of methane vapor is carried out at a temperature of 1100°C and a pressure of 20 kPa, which proceeds in parallel with the deposition of carbon on the surface of the nickel foil, leading to the formation of a thin film of graphene.

Далее осуществляется нанесение полимера-носителя на синтезированную структуру графена, использован термопластичный полимер. Затем осуществлено удаление подложки и пассивационной маски травлением в подогретой до 40°С 10% азотной кислоте. После удаления никеля и хрома полимер-носитель вместе с графеном подвергается термоформованию, придающему электронному компоненту 3D рельеф.Next, the carrier polymer is applied to the synthesized graphene structure; a thermoplastic polymer is used. Then, the substrate and the passivation mask were removed by etching in 10% nitric acid heated to 40°C. After removing nickel and chromium, the carrier polymer, together with graphene, undergoes thermoforming, which gives the electronic component a 3D relief.

Пример 6Example 6

Для получения гетероструктуры графен-нитрид бора с полимером на первом этапе используется подложка из кремния с тонкой пленкой нитрида бора.To obtain a graphene-boron nitride heterostructure with a polymer, at the first stage, a silicon substrate with a thin film of boron nitride is used.

На нее осуществляют нанесение пассивационной маски из металлического кобальта толщиной не менее 10 нм методом электронно-лучевого испарения. Рисунок создается благодаря осаждению кобальта через трафарет, расположенный внутри установки электронно-лучевого испарения.A passivation mask of metallic cobalt with a thickness of at least 10 nm is applied to it by the method of electron beam evaporation. The pattern is created by the deposition of cobalt through a stencil located inside the electron beam evaporation unit.

После чего осуществляют синтез графена на поверхности нитрида бора с помощью химического осаждения из газовой фазы. Для этого осуществляют пиролиз паров метана при температуре 1050°С и давлении 1кПа, протекающий параллельно с эпитаксиальным ростом графена на поверхности нитрида бора. На кремневой подложке формируется гетероструктура графен-нитрид бора.After that, graphene is synthesized on the surface of boron nitride using chemical vapor deposition. To do this, pyrolysis of methane vapor is carried out at a temperature of 1050°C and a pressure of 1 kPa, which proceeds in parallel with the epitaxial growth of graphene on the surface of boron nitride. A graphene-boron nitride heterostructure is formed on a silicon substrate.

Далее осуществляется нанесение полимера-носителя на синтезированную структуру графена, использован полиэфирсульфон. Затем осуществлено удаление кремневой подложки в смеси плавиковой и азотной кислот.Next, the carrier polymer is applied to the synthesized graphene structure; polyethersulfone is used. Then the silicon substrate was removed in a mixture of hydrofluoric and nitric acids.

Основным преимуществом предлагаемой технологииявляется возможность одновременного создания на полимерной подложке непроводящих областей, чередующихся с проводящими, на основе гибких графеноподобных структур сложной геометрии, правильных размеров и форм. На полученных образцах удалось достичь детализации до единиц микрона, что не является пределом технологического процесса. Уровень детализации ограничен лишь современными методами литографии. Процесс изготовления состоит из нескольких этапов, и, в отличие от 1D материалов, 2D графен позволяет легко и дешево получать сложные электропроводящие структуры для прозрачной гибкой микроэлектроники. Рынок гибких носимых устройств [8, 9] и интернета вещей [10] нуждается в соответствующем решении, а разработка предложенной технологии позволит создавать гибкие, прозрачные контактные дорожки, печатные платы и простые, гибкие прозрачные автономные радиоэлектронные устройства, такие как гибкие прозрачные антенны, RFID-микросхемы и т.д.The main advantage of the proposed technology is the possibility of simultaneously creating non-conductive regions on a polymer substrate, alternating with conductive ones, based on flexible graphene-like structures of complex geometry, regular sizes and shapes. On the obtained samples, it was possible to achieve detailing up to a few microns, which is not the limit of the technological process. The level of detail is limited only by modern lithographic techniques. The manufacturing process consists of several stages, and, unlike 1D materials, 2D graphene makes it easy and cheap to obtain complex electrically conductive structures for transparent flexible microelectronics. The market for flexible wearable devices [8, 9] and the Internet of things [10] needs an appropriate solution, and the development of the proposed technology will allow creating flexible, transparent contact tracks, printed circuit boards and simple, flexible transparent autonomous radio electronic devices, such as flexible transparent antennas, RFID - microcircuits, etc.

Также отличительной особенностью описываемой технологии является прямой перенос синтезированной структуры на конечную полимерную подложку. Отказ от промежуточного этапа переноса графеноподобной пленки позволяет сократить количество образующихся при нем дефектов структуры.Also, a distinctive feature of the described technology is the direct transfer of the synthesized structure to the final polymer substrate. The rejection of the intermediate stage of the transfer of a graphene-like film makes it possible to reduce the number of structural defects formed during it.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, раскрытой в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.The invention has been described above with reference to a specific embodiment. For specialists, other embodiments of the invention may be obvious, without changing its essence, disclosed in the present description. Accordingly, the invention is to be considered limited in scope by the following claims only.

Список литературы:Bibliography:

1. Y. Sun, D. Shin and Y. Chun, RSC Adv., 2019, 9, 38085-38104.1. Y. Sun, D. Shin and Y. Chun, RSC Adv., 2019, 9, 38085-38104.

2. D. Angmo, N. Espinosa and F. Krebs, Low-cost Nanomaterials, Green Energy and Technology, 2014, 189-225.2. D. Angmo, N. Espinosa and F. Krebs, Low-cost Nanomaterials, Green Energy and Technology, 2014, 189-225.

3. http://sixcarbon.соm/product-en.php3. http://sixcarbon.com/product-en.php

4. Y. Zhou and K. P. Loh, Adv. Mater., 2010, 22, 3615-3620.4. Y. Zhou and K. P. Loh, Adv. Mater., 2010, 22, 3615-3620.

5. В. Н. Hong, K. S. Kim, Y. Zhao, H. Jang, S. Y. Lee, J. M. Kim, K. S. Kim, J. H. Ahn, P. Kim and J. Y. Choi, Nature, 2009, 457, 706-710.5. B. H. Hong, K. S. Kim, Y. Zhao, H. Jang, S. Y. Lee, J. M. Kim, K. S. Kim, J. H. Ahn, P. Kim and J. Y. Choi, Nature, 2009, 457, 706-710.

6. С.M. Marcus, M. C. Lemme, D. C. Bell, J. R. Williams, L. A. Stern, B. W. H. Baugher and P. Jarillo-Herrero, ACS Nano, 2009, 3, 2674-2676.6. S.M. Marcus, M. C. Lemme, D. C. Bell, J. R. Williams, L. A. Stern, B. W. H. Baugher and P. Jarillo-Herrero, ACS Nano, 2009, 3, 2674-2676.

7. J. Liang, Y. Chen, Y. Xu, Z. Liu, L. Zhang, X. Zhao, X. Zhang, J. Tian, Y. Huang, Y. Ma and F. Li, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2010, 2, 3310-3317.7. J. Liang, Y. Chen, Y. Xu, Z. Liu, L. Zhang, X. Zhao, X. Zhang, J. Tian, Y. Huang, Y. Ma and F. Li, ACS Appl. mater. Interfaces, 2010, 2, 3310-3317.

8. D.-W. Shin, M. D. Barnes, K. Walsh, D. Dimov, P. Tian, A. I. S. Neves, C. D. Wright, S. M. Yu, J.-B. Yoo, S. Russo and M. F. Craciun, Adv. Mater., 2018, 30, 1802953 -1802957 CrossRef PubMed.8. D.-W. Shin, M. D. Barnes, K. Walsh, D. Dimov, P. Tian, A. I. S. Neves, C. D. Wright, S. M. Yu, J.-B. Yoo, S. Russo and M. F. Craciun, Adv. Mater., 2018, 30, 1802953-1802957 CrossRef PubMed.

9. J. Y. Oh and Z. Bao, Adv. Sci., 2019, 6, 1900186 CrossRef PubMed.9. J. Y. Oh and Z. Bao, Adv. Sci., 2019, 6, 1900186 CrossRef PubMed.

10. R. S. Сок, M. Meitl, R. Rotzoll, G. Melnik, A. Fecioru, A. J. Trindade, B. Raymond, S. Bonafede, D. Gomez, T. Moore, C. Prevatte, E. Radauscher, S. Goodwin, P. Hines and C. A. Bower, J. Soc. Inf. Disp., 2017, 25, 589-609 CrossRef CAS.10. R. S. Sok, M. Meitl, R. Rotzoll, G. Melnik, A. Fecioru, A. J. Trindade, B. Raymond, S. Bonafede, D. Gomez, T. Moore, C. Prevatte, E. Radauscher, S. Goodwin, P. Hines and C. A. Bower, J. Soc. inf. Disp., 2017, 25, 589-609 CrossRef CAS.

Claims

1. A method for producing flexible and transparent electronic components based on graphene-like structures in a polymer, including the following steps:

a) selection of a sacrificial substrate, simple - flat or complex, containing 3D volumetric elements or having a 3D relief shape, and creating zones on its surface that catalyze the synthesis of a graphene-like structure;

b) synthesis of a graphene-like structure in the areas of the substrate surface that catalyze this synthesis;

c) encapsulation of the graphene-like structure in the carrier polymer directly on the substrate;

d) removing the sacrificial support and catalytic material.

2. The method according to p. 1, characterized in that the graphene-like structure is a structure based on single- or multilayer graphene, or graphene oxide, or their modifications.

3. The method according to claim 1, characterized in that the graphene-like structure is restored after its synthesis.

4. Method according to claim 1, characterized in that the surface of the substrate is preliminarily prepared.

5. The method according to claim 4, characterized in that the preliminary surface treatment of the substrate includes at least one treatment selected from the group: mechanical polishing, chemical polishing, plasma cleaning.

6. The method according to claim 1, characterized in that metals of high purity, 99% and higher, which are catalysts for the growth of graphene-like structures, are used as a catalytic material.

7. The method according to paragraphs. 2 and 6, characterized in that copper, or nickel, or high purity iron, 99% or higher, is used as the catalytic material.

8. The method according to claim 1, characterized in that the shape of the zones on the substrate surface, which catalyze the synthesis of graphene-like structures, is created directly when the catalytic material is deposited on the substrate surface.

9. The method according to claim 8, characterized in that the shape of the zones on the surface of the substrate, which catalyze the synthesis of graphene-like structures, is created by screen application.

10. The method according to claim 8, characterized in that the shape of the zones on the surface of the substrate, which catalyze the synthesis of graphene-like structures, is created by additive deposition.

11. The method according to claim 1, characterized in that the shape of the zones on the substrate surface that catalyze the synthesis of graphene-like structures is created by applying a catalytic material over a temporary mask of a given shape, which is subsequently removed.

12. The method according to p. 11, characterized in that the shape of the temporary mask is created directly during its application.

13. The method according to p. 12, characterized in that the shape of the temporary mask is created by screen application.

14. The method according to p. 12, characterized in that the shape of the temporary mask is created by additive application.

15. The method according to p. 11, characterized in that the shape of the temporary mask is created by exposure after applying the temporary layer.

16. The method according to p. 15, characterized in that the temporary layer is applied by centrifugation or molding.

17. The method according to p. 15, characterized in that the temporary layer is applied by physical or chemical deposition methods.

18. The method according to p. 11, characterized in that the temporary mask is applied with a thickness exceeding the thickness of the catalytic material layer by at least 10%.

19. The method according to claim 1, characterized in that the shape of the zones on the substrate surface that catalyze the synthesis of graphene-like structures is created by applying a passivation mask from a material that is thermally stable and inert to the growth of graphene-like structures over a layer of catalytic material on the substrate surface.

20. The method according to p. 19, characterized in that the substrate is made of a catalytic material.

21. The method according to claim 19, characterized in that the substrate, which is made of non-catalytic material, is covered with a layer of catalytic material.

22. The method according to p. 19, characterized in that a thermostable passivation mask is applied with a thickness exceeding the required thickness of the synthesized graphene-like structure by 10%.

23. The method according to p. 19, characterized in that the form of a thermostable passivation mask is created directly during its application.

24. The method according to claim 23, characterized in that the shape of the thermostable passivation mask is created by screen application.

25. The method according to claim 23, characterized in that the shape of the thermostable passivation mask is created by additive deposition.

26. The method according to claim 19, characterized in that the shape of the heat-stable passivation mask is created by applying it over a temporary mask, subsequently removed, with a shape that is negative with respect to the shape of the heat-stable passivation mask.

27. The method according to p. 26, characterized in that the temporary mask is applied with a thickness exceeding the thickness of the heat-stable passivation mask by at least 10%.

28. The method according to p. 26, characterized in that the shape of the temporary mask is created directly during its application.

29. The method according to p. 28, characterized in that the shape of the temporary mask is created by screen application.

30. The method according to p. 28, characterized in that the shape of the temporary mask is created by additive application.

31. The method according to p. 26, characterized in that the shape of the temporary mask is created by exposure after applying the temporary layer.

32. The method according to p. 31, characterized in that the temporary layer is applied by centrifugation or molding.

33. The method according to p. 31, characterized in that the temporary layer is applied by physical or chemical deposition methods.

34. The method according to p. 19, characterized in that after applying a thermostable passivation mask, the substrate with the applied thermostable mask is heated at a stabilization temperature.

35. The method according to claim 19, characterized in that chromium or aluminum is used as the material of the heat-stable passivation mask.

36. The method according to p. 35, characterized in that after applying a thermally stable passivation mask made of chromium or aluminum, the substrate with the applied thermally stable mask is heated at a temperature of 300-600 ° C.

37. The method according to claim 1, characterized in that the synthesis of a graphene-like structure is carried out by methods of chemical or plasma-chemical vapor deposition.

38. The method according to p. 37, characterized in that the deposition is carried out from a gas phase containing hydrocarbons C ₁ -C ₅ .

39. The method according to p. 37, characterized in that the synthesis of graphene-like structures is carried out in an inert gaseous environment.

40. The method according to p. 37, characterized in that during the synthesis of graphene-like structures, gaseous impurities are additionally introduced.

41. The method according to p. 1, characterized in that the synthesis of graphene-like structures is carried out by applying them from colloidal solutions.

42. The method according to claim 1, characterized in that before step c) or after step d), electrically conductive contacts are applied to the surface of the synthesized graphene-like structure.

43. The method according to claim 19, characterized in that after step d) the passivation mask is removed.

44. The method according to p. 1, characterized in that after step d) the synthesized structure is encapsulated in the bulk of the carrier polymer.

45. The method according to p. 44, characterized in that the carrier polymer is molded in order to impart a different relief to the electronic component, different from the initial relief given by the surface of the substrate.

46. The method according to claim 1, characterized in that the graphene-like structure is a structure or heterostructure based on 2D materials of molybdenum disulfide, borophene, or boron nitride, or other graphene-like 2D materials or their modifications.