CVD方法制备石墨烯中直接形成多层石墨烯薄膜的刻蚀方法技术

本发明专利技术公开了一种CVD方法制备石墨烯中直接形成多层石墨烯薄膜的刻蚀方法，1)将CVD方法生长有石墨烯的生长衬底的其中任一侧与基底粘合在一起；2)将步骤1)处理后的生长衬底的另一侧涂布保护胶溶液后烘烤；3)将步骤2)处理后的生长衬底置于刻蚀液中进行刻蚀，去除夹在两侧石墨烯层内的生长衬底，使原来分别位于生长衬底两侧的石墨烯层自动紧密贴合形成双层石墨烯薄膜，取出；4)用水清洗步骤3)中形成的双层石墨烯薄膜、之后进行烘烤，再去除表面保护胶，再用水清洗、烘干，即可。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学气象沉积法(CVD)法生长石墨烯的刻蚀方法，属于电子行业刻蚀领域。
技术介绍
石墨烯是碳原子按六角结构紧密堆积成的单原子层二维晶体，除了具有优异的光学、热学、力学等特性，石墨烯的载流子表现出类似于光子的行为，本征迁移率可达到2×105cm2/(V·S)(J.Appl.Phys.2011,109,093702.)，这种优异的电学性质使其在高频电子器件中有着巨大的应用价值。化学气相沉淀CVD法被认为最有希望制备出高质量、大面积的石墨烯，是产业化生产石墨烯薄膜最具潜力的方法。化学气相沉淀CVD法具体过程是：将碳氢化合物甲烷、乙醇等通入到高温加热的金属基底Cu、Ni表面，反应持续一定时间后进行冷却，冷却过程中在生长衬底表面便会形成石墨烯层，此过程中包含碳原子在基底上溶解及扩散生长两部分。该方法与金属催化外延生长法类似，其优点是可以在更低的温度下进行，从而可以降低制备过程中能量的消耗量，并且石墨烯与基底可以通过化学腐蚀金属方法容易地分离，有利于后续对石墨烯进行加工处理。但该过程所制备出的石墨烯的转移过程复杂。CVD法生长的石墨烯存在于生长衬底两侧，一般采用铜箔等金属箔作为生长衬底，传统生产CVD石墨烯的方法是以铜作为基底，待生长铜箔两侧的石墨烯生长完毕后另加一层保护层(同时作为薄膜基底)保护一侧的石墨烯(NatureNanotechnology5,574–578(2010))，然后刻蚀掉铜箔和另一侧的石墨烯。当前，单层石墨烯薄膜方阻，即使在采用掺杂的情况下，也难以媲美常规的氧化铟锡(ITO)薄膜，因而石墨烯作为导电电极时或其他工业应用时往往采用双层或者多层的设计，这样必须采用重复叠加制造工艺，比如刻蚀完单层石墨烯后再热转移成多层；或者将刻蚀的单层石墨烯重新与生长石墨烯的铜箔贴合再次刻蚀。但这些工艺复杂，非常容易在工艺过程中破坏了石墨烯层的完整性，容易于石墨烯层的表面混入杂质，影响叠加后的石墨烯的性能，不仅制程良率低、而且成本高，最终限制石墨烯薄膜规模化应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种CVD方法制备石墨烯中直接形成双层石墨烯薄膜的刻蚀方法，通过制备过程中的刻蚀工艺的改进，使生长衬底两侧的石墨烯自动贴合，节省了后期多层(双层以上)石墨烯薄膜生产的叠层工艺，有效了提高了石双层或多层石墨烯薄膜的生产效率，减少了生产成本。本专利技术的目的通过以下技术方案来具体实现：一种CVD方法制备石墨烯中直接形成双层石墨烯薄膜的刻蚀方法，其特征在于：包括如下步骤：1)将CVD方法生长有石墨烯的生长衬底的其中任一侧与基底粘合在一起；2)将步骤1)处理后的生长衬底的另一侧涂布保护胶溶液后烘烤固化；3)将步骤2)处理后的生长衬底置于刻蚀液中进行刻蚀，去除夹在两侧石墨烯层内的生长衬底，原来分别位于生长衬底两侧的石墨烯层自动紧密贴合后形成双层以上的石墨烯薄膜，取出；4)用水清洗步骤3)中形成的多层石墨烯薄膜、之后进行烘烤，再去除表面保护胶，再用水清洗、烘干，即可。本专利技术中所得石墨烯薄膜的层数，根据生长需求而定，可以是于生长衬底的上下只生长一层石墨烯，此时，刻蚀后形成双层石墨烯薄膜，也可以是于生长衬底的上下生长两层石墨烯，此时，刻蚀后形成四层石墨烯薄膜，以此类推，可生长至任何需要的层数。优选的，所述生长衬底为铜箔、镍箔、铜镍合金等金属衬底；更优选铜箔。优选的，所述生长衬底的厚度为1-1000μm，例如：1μm、7μm、10μm、13μm、22μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、620μm、780μm、840μm、900μm、960μm、1000μm等；更优选5-30μm，例如：5μm、12μm、17μm、20μm、23μm、25μm、28μm、30μm等。为了节约时间、缩短刻蚀过程，铜箔的厚度在5-30μm范围时，效果最佳。铜箔的厚度过大，增加刻蚀作业量，浪费刻蚀液，刻蚀耗时长；然而，由于刻蚀液的刻蚀过程是从极薄的侧面进入铜箔生长的上下石墨烯间进行刻蚀，如果铜箔过薄，也会曾大刻蚀作业的难度，达不到理想效果。经过多次反应实验及实验分析，得出当铜箔的厚度在5-30μm时效果最佳。对于其它金属衬底也适用于该数据结论。所述基底作为石墨烯薄膜的载体，可以为塑料(含PET(据对苯二甲酸已二酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、PI(聚酰亚胺)等)、ITO等柔性材料，也可以为玻璃、石英、硅片等，本领域技术人员可根据需要进行选择。优选的，所述步骤1)中，所述粘合方法为可选的以下两种：第一种粘合方法：在基底表面涂布粘性层，随后将生长有石墨烯的生长衬底的任一侧与含有粘性层的基底进行贴合；第二种粘合方法：先在生长有石墨烯的生长衬底的任一侧涂布粘性层，再与基底进行贴合。优选的，所述粘性层材料为热固化胶、UV固化胶或者热塑性胶；优选热固化胶或UV固化胶。进一步优选的，粘性层的厚度为1-100μm，例如：1μm、3μm、9μm、15μm、27μm、35μm、40μm、45μm、50μm、62μm、70μm、77μm、85μm、90μm、93μm、100μm等；更优选20-30μm，例如：20μm、22μm、23μm、25μm、26μm、28μm、29μm、30μm等。优选的，所述步骤2)中，所述保护胶采用PMMA。于石墨烯表面涂布保护胶，可以避免石墨烯在刻蚀的过程中在刻蚀液的作用下或其它外力刺激下出现卷曲、破裂等损伤现象，使石墨烯完整的保存下来。本专利技术专利技术人发现，用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)时，可以完全的避免石墨烯在刻蚀液中的影响，同时也容易后期去除，且去除过程对石墨烯的品质无丝毫的影响。优选的，PMMA溶于丙酮中形成保护胶溶液，浓度3wt％-5wt％。优选的，所述步骤2)中，所述保护胶涂布的厚度为1μm以上，例如：3μm、5μm、6μm、8μm、11μm、15μm、16μm、17μm、20μm等；更优选5-15μm，例如：5μm、7μm、9μm、10μm、12μm、13μm、14μm、15μm等。专利技术人在进一步的研究中发现，保护胶欲达到完全保护效果，其厚度与所生长的石墨烯的层数有关，层数越多，厚度的要求越高，当层数达到5层以上时，比如6、7、8、9等或更多层时，保护胶厚度为15μm均可达到保护要求，其厚度与层数的关系不在呈现正比增长的关系。当生长的石墨烯为1层时，1μm厚度的保护胶完全可以实现保护要求，但厚度过薄，实际工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CVD方法制备石墨烯中直接形成多层石墨烯薄膜的刻蚀方法，其特征在于：包括如下步骤：1)将CVD方法生长有石墨烯的生长衬底的其中任一侧与基底粘合在一起；2)将步骤1)处理后的生长衬底的另一侧涂布保护胶溶液后烘烤固化；3)将步骤2)处理后的生长衬底置于刻蚀液中进行刻蚀，去除夹在两侧石墨烯层内的生长衬底，原来分别位于生长衬底两侧的石墨烯层自动紧密贴合后形成双层以上的石墨烯薄膜，取出；4)用水清洗步骤3)中形成的多层石墨烯薄膜、之后进行烘烤，再去除表面保护胶，再用水清洗、烘干，即可。

【技术特征摘要】
1.一种CVD方法制备石墨烯中直接形成多层石墨烯薄膜的刻蚀方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将CVD方法生长有石墨烯的生长衬底的其中任一侧与基底粘合在一起；
2)将步骤1)处理后的生长衬底的另一侧涂布保护胶溶液后烘烤固化；
3)将步骤2)处理后的生长衬底置于刻蚀液中进行刻蚀，去除夹在两侧石墨烯层内的生长衬底，原来分别位于生长衬底两侧的石墨烯层自动紧密贴合后形成双层以上的石墨烯薄膜，取出；
4)用水清洗步骤3)中形成的多层石墨烯薄膜、之后进行烘烤，再去除表面保护胶，再用水清洗、烘干，即可。
2.根据权利要求1所述的CVD方法制备石墨烯中直接形成多层石墨烯薄膜的刻蚀方法，其特征在于：所述生长衬底为铜箔、镍箔、铜镍合金等金属衬底，更优选铜箔，所述生长衬底的厚度为1-1000μm，更优选5-30μm。
3.根据权利要求1所述的CVD方法制备石墨烯中直接形成多层石墨烯薄膜的刻蚀方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述粘合方法为可选的以下两种：
第一种粘合方法：在基底表面涂布粘性层，随后将生长有石墨烯的生长衬底的任一侧与含有粘性层的基底进行贴合；
第二种粘合方法：先在生长有石墨烯的生长衬底的任一侧涂布粘性层，再与基底进行贴合。
4.根据权利要求3所述的CVD方法制备石墨烯中直接形成多层石墨烯薄膜的刻蚀方法，其特征在于：所述粘性层材料为热固化胶、UV固化胶或者热塑性胶；优选热固化胶或UV固化胶；
优选的，粘性层的厚度为1-100μm，更优选20-30μm。
5.根据权利要求1所述的CVD方法制备石墨烯中直接形成多层石墨烯薄膜的刻蚀方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦喜超，谭化兵，王炜，
申请(专利权)人：无锡格菲电子薄膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32