一种石墨烯薄膜的图形化方法
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯薄膜的图形化方法，该方法采用紫外线在臭氧环境中透过石墨烯掩膜板对石墨烯薄膜进行图形化，具体来说，包括以下步骤：首先制备石墨烯薄膜并转移到衬底上；然后制作石墨烯掩膜板；接着将石墨烯掩膜板和石墨烯薄膜放置在臭氧环境中；最后在臭氧环境中透过石墨烯掩膜板对石墨烯薄膜进行图形化。本发明石墨烯薄膜的图形化方法不仅生产成本低，而且加工效率高，为石墨烯的工业化应用扫清了重要的技术性障碍。
【专利说明】一种石墨烯薄膜的图形化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体器件领域，涉及一种图形化石墨烯薄膜的方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯具有优异的综合理化性能，自问世以来备受关注；单层石墨烯的方块电阻低至5 Ω /sq,全波段的透光度均高于97 %，且具有极高的电子迁移率，在极限尺寸线依然保持良好的电学特征；成为半导体领域硅的重要替代者，具有广阔的运用前景。
[0003]图形化是利用石墨烯制造半导体器件必不可少的环节，由于石墨烯化学性质极为稳定，普通酸碱刻蚀图形化法效果较差，而等离子刻蚀法对环境设备要求过高，不能用于大规模生产；因此，目前图形化以及成为制约石墨烯工业推广的关键因素，有必要开发一种新型低成本高效图形化石墨烯的方法以推广石墨烯的产业化运用。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种石墨烯薄膜的图形化方法。
[0005]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0006]一种石墨烯薄膜的图形化方法，该方法在臭氧环境中用紫外线透过石墨烯掩膜板对石墨烯薄膜进行图形化。
[0007]作为本发明石墨烯薄膜图形化方法的优选，该方法具体包括以下步骤:
[0008]I)、制备石墨烯薄膜并转移到衬底上；
[0009]2)、制作石墨烯掩膜板；
[0010]3)、将石墨烯掩膜板和石墨烯薄膜放置在臭氧环境中；
[0011]4)、图形化:紫外线透过掩膜板到达石墨烯薄膜表面对其进行图形化。
[0012]作为本发明石墨烯薄膜图形化方法的进一步优选，步骤I采用CVD法在金属薄膜上生长石墨烯薄膜，所述金属薄膜为铜箔、铝箔或镍箔。
[0013]作为本发明石墨烯薄膜图形化方法的进一步优选，步骤I所述衬底为玻璃、PET薄膜、S1、S12 或 P3N4。
[0014]作为本发明石墨烯薄膜图形化方法的进一步优选，所述石墨烯掩膜板为石英玻璃掩膜板或镂空的锡箔纸掩膜板。
[0015]作为本发明石墨烯薄膜图形化方法的另一种优选，所述紫外线波长为150nm—300nmo
[0016]作为本发明石墨烯薄膜图形化方法的另一种优选，所述臭氧环境中压力为常压。
[0017]作为本发明石墨烯薄膜图形化方法的进一步优选，图形化时紫外线照射时间为10min-120min,紫外线强度为 20-100mW/cm2。
[0018]本发明的有益效果在于:本发明图形化石墨烯薄膜的方法，只需在特定臭氧环境中采用一定波长的紫外线对石墨烯薄膜照射适当时间即可实现对石墨烯薄膜的图形化。此时，紫外线一方面将臭氧分解为活性氧离子，另一方面对石墨烯进行轰击后产生部分脱落碳原子；而在此条件下，氧活性离子与游离的碳原子迅速结合，生成二氧化碳气体，消除游离碳原子对刻蚀的不利影响。
[0019]从而从总体上看，石墨烯在这样的环境中被快速刻蚀；采用本发明的方法图形化石墨烯时不仅生产成本低，而且加工效率高，为石墨烯的工业化应用扫清了重要的技术性障碍。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:
[0021]图1为本发明石墨烯薄膜图形化方法的工艺流程图；
[0022]图2为实施例1石墨烯薄膜图形化方法示意图，图中箭头表示紫外线方向；
[0023]图3为实施例1石墨烯薄膜图形化方法所用掩膜板结构图；
[0024]图4为实施例1石墨烯薄膜图形化后的光学照片。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0026]如图1所示，本发明石墨烯薄膜的图形化方法，包括以下基本步骤:1、制备石墨烯薄膜；2、将石墨烯薄膜转移到衬底上；3、根据需要制备掩膜板；4、将带有石墨烯的衬底和掩膜板转移到臭氧环境中；5、打开紫外光线光源，对石墨烯薄膜进行图形化。
[0027]实施例1:
[0028]本实施例石墨烯薄膜的图形化方法，包括以下步骤:
[0029]I)、制备石墨烯薄膜并转移到衬底上；
[0030]首先采用化学气相沉积的方法在技术在金属薄膜上生长石墨烯薄膜，所述金属薄膜为铜箔、铝箔或镍箔；然后将所得石墨烯薄膜转移到PET薄膜衬底上。
[0031]2)、制作石墨烯掩膜板；
[0032]根据需要获得的图形制备掩膜板，本实施例的掩模板为镂空的锡箔纸掩膜板。
[0033]3)、将石墨烯掩膜板和石墨烯薄膜放置在臭氧环境中；
[0034]放置时注意将掩膜板放置在石墨烯薄膜和紫外线光源之间。
[0035]4)、图形化:打开紫外线光源，对石墨烯薄膜进行图形化；图2为本实施例图形化处理步骤示意图，图中I为石墨烯薄膜，2为衬底，3为掩膜板，4为内部装有臭氧的密封腔体；此时紫外线透过掩膜板3到达位于衬底2上部的石墨烯薄膜I表面完成对石墨烯薄膜I的图形化。
[0036]本实施例中，所用紫外线波长为200nm，图形化时紫外线照射时间为50min，紫外线强度为80mW/cm2。
[0037]本实施例中，密封腔体4内部压力为常压(本实施例为10KPa)。
[0038]图3为本实施例所用掩膜板结构图，该掩膜板通过金属锡纸来实现曝光图形(遮挡区域不曝光)，用石英玻璃来支撑图形结构。
[0039]图4为本实施例石墨烯薄膜图形化后的光学照片，从图中可以看出石墨烯在通过氧紫外线刻蚀后，能形成完整的图形。图形边缘清晰整齐，刻蚀效果良好。
[0040]需要说明的是，上述实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，事实上若图形化处理时紫外线波长为150nm-300nm，紫外线照射时间为10min-120min，紫外线强度为20-100mW/cm2，密封腔体4内部压力为常压(优选80_120KPa)均能够获得较好的刻蚀效果；另外，制备石墨烯所采用的方法也不限于化学气相沉积，转移所用衬底还可以是玻璃、S1、S12或P3N4衬底；进一步的，掩模板还可以是石英玻璃掩膜板，而掩膜板图形也可根据需要进行设计。
[0041]最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【权利要求】
1.一种石墨烯薄膜的图形化方法，其特征在于:在臭氧环境中用紫外线透过石墨烯掩膜板对石墨烯薄膜进行图形化。
2.根据权利要求1所述石墨烯薄膜的图形化方法，其特征在于，具体包括以下步骤: 1)、制备石墨烯薄膜并转移到衬底上； 2)、制作石墨烯掩膜板； 3)、将石墨烯掩膜板和石墨烯薄膜放置在臭氧环境中； 4)、图形化:紫外线透过掩膜板到达石墨烯薄膜表面对其进行图形化。
3.根据权利要求2所述石墨烯薄膜的图形化方法，其特征在于:步骤I采用CVD法在金属薄膜上生长石墨烯薄膜，所述金属薄膜为铜箔、铝箔或镍箔。
4.根据权利要求2所述石墨烯薄膜的图形化方法，其特征在于:步骤I所述衬底为玻璃、PET 薄膜、S1、S12 或 P3N4。
5.根据权利要求2所述石墨烯薄膜的图形化方法，其特征在于:所述石墨烯掩膜板为石英玻璃掩膜板或镂空的锡箔纸掩膜板。
6.根据权利要求1或2所述石墨烯薄膜的图形化方法，其特征在于:所述紫外线波长为 150nm—300nm。
7.根据权利要求1或2所述石墨烯薄膜的图形化方法，其特征在于:所述臭氧环境中压力为常压。
8.根据权利要求1或2所述石墨烯薄膜的图形化方法，其特征在于:图形化时紫外线照射时间为10min-120min，紫外线强度为20-100mW/cm2。
【文档编号】H01L21/02GK104051239SQ201410298301
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】潘洪亮, 崔华亭, 史浩飞, 余崇圣, 张为国, 钟达 申请人:重庆墨希科技有限公司, 中国科学院重庆绿色智能技术研究院