石墨烯薄膜的衬底转移方法与流程

本发明涉及半导体薄膜领域，更具体地说，它涉及一种石墨烯薄膜的衬底转移方法。

背景技术：

2004年，英国曼彻斯特大学Geim教授首次制备出石墨烯（Graphene）。石墨烯是由单层碳原子组成的六方蜂巢状二维结构。石墨烯薄膜室温下本征电子迁移率可达200000cm2/Vs，且具有优异的力学、热学性质。石墨烯的优异的性能，使其在太赫兹电子器件等领域具有巨大、潜在的应用性能，使得石墨烯薄膜具有重大意义，甚至有预言石墨烯薄膜将最终取代硅。

公告号为CN102592964A的中国专利公开了一种石墨烯薄膜的衬底转移方法，其特征在于，所述衬底转移方法包括以下步骤：步骤1：在石墨烯薄膜表面旋涂一层有机胶体形成有机胶体层，所述石墨烯薄膜生长在具有金属催化剂层的基片材料上；步骤2：将表面旋涂有机胶体层的石墨烯薄膜在80℃～185℃下烘干坚膜1分钟～1小时；步骤3：在烘干坚膜后的石墨烯薄膜的有机胶体层的表面上粘附一层胶带形成胶带层，所述胶带层的两端未粘附在有机胶体层上；步骤4：将粘附有胶带层的石墨烯薄膜浸入腐蚀溶液中；步骤5：在腐蚀溶液中将胶带层夹起，被夹起的胶带层会将粘附的有机胶体层、石墨烯薄膜以及金属催化剂层一并从基片材料上分离；步骤6：在金属催化剂层被腐蚀溶液完全腐蚀掉后，从腐蚀液中夹出胶带层及其粘附的有机胶体层和石墨烯薄膜，转移到去离子水中反复清洗，直至去除其上残留的腐蚀溶液；步骤7：将经清洗后的胶带层及其粘附的有机胶体层和石墨烯薄膜均匀铺展在目标衬底上，利用未粘附在有机胶体层上的胶带层将石墨烯薄膜固定在目标衬底上，使石墨烯薄膜向下，面向目标衬底，胶带层在上，使石墨烯薄膜与目标衬底紧贴在一起，然后在50℃～95℃下烘干直至胶带层、有机胶体层和石墨烯薄膜上吸附的水分完全蒸发；步骤8：去除胶带层，使石墨烯薄膜上只存在有机胶体层；步骤9：将目标衬底及其上边的石墨烯薄膜和有机胶体层放入去胶溶液中浸泡，去除石墨烯薄膜表面的有机胶体层，最终得到转移到目标衬底表面的石墨烯薄膜。该衬底转移方法简单易行，可以方便地将大面积石墨烯薄膜转移到任意衬底材料上，且不会产生较大损伤；转移面积大，工艺步骤简单，操作方便，可与半导体工艺结合用于制备石墨烯半导体器件。

但上述的石墨烯薄膜的衬底转移方法仍会存在一个问题：清洗后，石墨烯薄膜与目标衬底之间留有水分，直接烘干，水分会迅速蒸发，出现大量水蒸气会在石墨烯下容易形成气泡，使其严重褶皱且不可恢复。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明在于提供一种石墨烯薄膜的衬底转移方法，该石墨烯薄膜的衬底转移方法在制作的时候使在石墨烯下不易形成气泡，减少其出现褶皱的现象。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种石墨烯薄膜的衬底转移方法，其特征在于，所述衬底转移方法包括以下步骤：

步骤1：在石墨烯薄膜表面旋涂一层有机胶体形成有机胶体层，所述石墨烯薄膜生长在具有金属催化剂层的基片材料上；

步骤2：将表面旋涂有机胶体层的石墨烯薄膜在80℃～185℃下烘干坚膜1分钟～1小时；

步骤3：在烘干坚膜后的石墨烯薄膜的有机胶体层的表面上粘附一层胶带形成胶带层，所述胶带层的两端未粘附在有机胶体层上；

步骤4：将粘附有胶带层的石墨烯薄膜浸入腐蚀溶液中；

步骤5：在腐蚀溶液中将胶带层夹起，被夹起的胶带层会将粘附的有机胶体层、石墨烯薄膜以及金属催化剂层一并从基片材料上分离；

步骤6：在金属催化剂层被腐蚀溶液完全腐蚀掉后，从腐蚀液中夹出胶带层及其粘附的有机胶体层和石墨烯薄膜，转移到去离子水中反复清洗，直至去除其上残留的腐蚀溶液；

步骤7：将经清洗后的胶带层及其粘附的有机胶体层和石墨烯薄膜均匀铺展在目标衬底上，利用未粘附在有机胶体层上的胶带层将石墨烯薄膜固定在目标衬底上，使石墨烯薄膜向下，面向目标衬底，胶带层在上，使石墨烯薄膜与目标衬底紧贴在一起，然后对其进行晾干处理，在石墨烯薄膜与目标衬底紧贴在一起后采用垂直设置的方式进行晾干，

步骤8：对晾干处理后的石墨烯薄膜与目标衬底再在30℃～50℃下烘干直至胶带层、有机胶体层和石墨烯薄膜上吸附的水分完全蒸发；通过风机对石墨烯薄膜进行吸风处理；风机从上往下对石墨烯薄膜进行吸风。

步骤9：去除胶带层，使石墨烯薄膜上只存在有机胶体层；

步骤10：将目标衬底及其上边的石墨烯薄膜和有机胶体层放入去胶溶液中浸泡，去除石墨烯薄膜表面的有机胶体层，最终得到转移到目标衬底表面的石墨烯薄膜。

通过采用上述技术方案，通过自然晾干的方式来减少石墨烯薄膜与目标衬底之间的水分，差不多晾干处理1个小时后再对其进行烘干处理，使石墨烯薄膜与目标衬底完全被烘干，这样的处理方法减少了水分的瞬间大量蒸发，使在石墨烯下不易形成气泡，减少其出现褶皱的现象；石墨烯薄膜与目标衬底紧贴在一起后采用垂直设置可以使水分快速下移，加快晾干；在自然晾干的时候，通过风机对石墨烯薄膜进行吸风，可以进一步加快晾干；风机对石墨烯薄膜从上往下进行吸风，这样的吸风方式一方面使风机吸收过来的风与石墨烯薄膜的接触面积更大，使石墨烯薄膜干燥地更快，另一方面这样的吸风方式使石墨烯薄膜不易产生晃动的现象。

本发明进一步设置为：在自然晾干之前对石墨烯薄膜进行吸水处理。

通过采用上述技术方案，通过纱布对石墨烯薄膜先进行吸水处理，使石墨烯薄膜上部分的水分被吸走，从而可以大大缩短晾干的时间，提高生产效率。

本发明进一步设置为：在步骤1中使用的有机胶体为光刻胶、电子刻蚀胶或者聚二甲基硅氧烷。

本发明进一步设置为：所述步骤4中使用的腐蚀溶液为三氯化铁溶液、硝酸铁溶液、氢氟酸溶液、硝酸溶液或者盐酸溶液。

本发明进一步设置为：所述步骤1中的金属催化剂层的成分为镍或者铜。

本发明进一步设置为：所述步骤7中使用的目标衬底为半导体衬底、氧化物衬底、塑料衬底或者有机玻璃衬底。

本发明进一步设置为：所述步骤9中使用的去胶溶液为丙酮、乙醇或者异丙醇。

综上所述，本发明具有以下有益效果：在对清洗后的石墨烯薄膜烘干之前，先对其进行吸水处理，然后再对其自然晾干吸风处理，最后再进行烘干处理的，这样的工艺使减少了在烘干处理的时候水分的瞬间大量蒸发，使在石墨烯下不易形成气泡，减少其出现褶皱的现象。

附图说明

图1为本实施例的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

如图1所示，一种石墨烯薄膜的衬底转移方法，其衬底转移方法包括以下步骤：

步骤1：在石墨烯薄膜表面旋涂一层有机胶体形成有机胶体层，石墨烯薄膜生长在具有金属催化剂层的基片材料上，金属催化剂层为镍或者铜；

步骤2：将表面旋涂有机胶体层的石墨烯薄膜在80℃～185℃下烘干坚膜1分钟～1小时，在185℃下烘干1分钟，在80℃下烘干1小时，在100℃下烘干半小时；

步骤3：在烘干坚膜后的石墨烯薄膜的有机胶体层的表面上粘附一层胶带形成胶带层，所述胶带层的两端未粘附在有机胶体层上，有机胶体为光刻胶、电子刻蚀胶或者聚二甲基硅氧烷；

步骤4：将粘附有胶带层的石墨烯薄膜浸入腐蚀溶液中，腐蚀溶液为三氯化铁溶液、硝酸铁溶液、氢氟酸溶液、硝酸溶液或者盐酸溶液；

步骤5：在腐蚀溶液中将胶带层夹起，被夹起的胶带层会将粘附的有机胶体层、石墨烯薄膜以及金属催化剂层一并从基片材料上分离；

步骤6：在金属催化剂层被腐蚀溶液完全腐蚀掉后，从腐蚀液中夹出胶带层及其粘附的有机胶体层和石墨烯薄膜，转移到去离子水中反复清洗，直至去除其上残留的腐蚀溶液；

步骤7：将经清洗后的胶带层及其粘附的有机胶体层和石墨烯薄膜均匀铺展在目标衬底上，利用未粘附在有机胶体层上的胶带层将石墨烯薄膜固定在目标衬底上，使石墨烯薄膜向下，面向目标衬底，胶带层在上，使石墨烯薄膜与目标衬底紧贴在一起，然后对其进行晾干处理，目标衬底为半导体衬底、氧化物衬底、塑料衬底或者有机玻璃衬底；

步骤8：对晾干处理后的石墨烯薄膜与目标衬底再在30℃～50℃下烘干直至胶带层、有机胶体层和石墨烯薄膜上吸附的水分完全蒸发,烘干的温度设定可以设定为30℃、40℃或者50℃；

步骤9：去除胶带层，使石墨烯薄膜上只存在有机胶体层；

步骤10：将目标衬底及其上边的石墨烯薄膜和有机胶体层放入去胶溶液中浸泡，去除石墨烯薄膜表面的有机胶体层，最终得到转移到目标衬底表面的石墨烯薄膜。

石墨烯薄膜的衬底转移过程的结构与对比文件相同，现不做详细介绍。