一种图案化石墨烯制作方法、阵列基板以及显示装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例提供了一种图案化石墨烯制作方法、阵列基板以及显示装置，属于电极材料领域，以解决光刻法制作图案化石墨烯时方阻变化较大的问题。所述图案化石墨烯制作方法，包括：将图案化石墨烯置于酸性刻蚀液中浸泡，以降低所述图案化石墨烯的方阻。本发明可用于光刻法制作图案化石墨烯的方法中。
【专利说明】-种图案化石墨烯制作方法、阵列基板以及显示装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电极材料领域，尤其涉及一种图案化石墨烯制作方法、阵列基板以及 显示装置。
【背景技术】
[0002] 石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状结构的碳质新材料。理论发 现：石墨烯具有200,OOOcmVvs的迁移率，比硅高出100倍，其导电性可与铜相媲美，光透 射率可达97. 7%，远高于导电薄膜，同时石墨烯具有高柔性，不仅可作为现有材料的替代材 料，也可应用于次世代晶体管以及电极元件的材料，因此备受瞩目。
[0003] 现有的对石墨烯进行图案化的方法大致分为两种，一种为光刻法，另一种为激光 直写法。相比于光刻法，采用激光直写的方式对石墨烯图案化具有以下优点：工艺简单、全 程无需化学耗材、且在进行图案化的过程中由于未引入其它试剂，使得石墨烯膜层中的掺 杂基团不会与之反应而导致石墨烯方阻发生变化，但该方法制作得到的图案化石墨烯由于 不够精细化、且生产周期较长、生产效率远不及光刻法，无法进行大批量生产的劣势，使得 现阶段只能采用光刻法对石墨烯进行图案化。
[0004] 但在实际生产中发明人发现，在利用光刻法对石墨烯进行图案化的过程中所使用 的显影液、剥离液都会使制作得到的石墨烯膜方阻显著增加，使其不能满足于实际需求。所 以，如何获得低石墨烯薄膜方阻将是本领域技术人员所面临的重要课题。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例提供了一种图案化石墨烯制作方法、阵列基板以及显示装置，以解 决光刻法制作图案化石墨烯时方阻变化较大的问题。
[0006] 为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
[0007] -种图案化石墨烯制作方法，包括：
[0008] 将图案化石墨烯置于酸性刻蚀液中浸泡，以降低浸泡后的所述图案化石墨烯的方 阻。
[0009] 可选的，所述浸泡后的所述图案化石墨烯的方阻 < 石墨烯的初始方阻。
[0010] 可选的，所述酸性刻蚀液的pH为1-3。
[0011] 可选的，将所述图案化石墨烯置于酸性刻蚀液中浸泡100-140秒。
[0012] 可选的，所述酸性刻蚀液包括重金属无机酸类和非金属无机酸类中的一种或多 种。
[0013] 进一步的，所述重金属无机酸类包括氯金酸和氯钼酸中的一种或多种。
[0014] 进一步的，所述非金属无机酸类包括硝酸、磷酸和硫酸中的一种或多种。
[0015] 可选的，在所述将图案化石墨烯置于酸性刻蚀液中浸泡之前，还包括：
[0016] 对贴服有石墨烯的玻璃基底进行光刻工艺，以在所述玻璃基底上形成有光刻胶图 案；
[0017] 对所述形成有光刻胶图案的玻璃基底进行干法刻蚀，以除去未被光刻胶图案覆盖 的石墨稀；
[0018] 待干法刻蚀完毕后，剥离除去玻璃基底上的光刻胶，以得到所述图案化石墨烯。
[0019] 可选的，所述石墨稀为双层石墨稀或二层石墨稀。
[0020] 可选的，所述石墨烯为掺杂石墨烯或未掺杂石墨烯。
[0021] 可选的，在所述对贴服有石墨烯的玻璃基板进行光刻工艺之前，还进一步包括：
[0022] 将所述石墨烯转移至聚对苯二甲酸乙二醇酯膜上，然后用高温胶带将其贴服在玻 璃基底上。
[0023] -种阵列基板，包括由上述技术方案制作得到的图案化石墨烯。一种显示装置，包 括由上述技术方案提供的阵列基板。
[0024] 本发明实施例提供了一种图案化石墨烯的制作方法、阵列基板以及显示装置，该 方法利用酸性刻蚀液对图案化石墨烯进行浸泡，使刻蚀液中的酸根离子与石墨烯膜层中的 掺杂离子发生化学反应，以在石墨烯膜层表面重新掺杂有电性活泼的金属离子基团，从而 使石墨烯膜层表面的电化学活性变得活泼，这不仅可显著降低光刻法图案化后石墨烯的方 阻，还可获得精细化的图案化石墨烯，为石墨烯的量产奠定基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为本发明实施例所提供的图案化石墨烯制作方法的流程图；
[0026] 图2为现有激光直写法与本发明所提供的方法就相同石墨烯原料在不同线宽下 进行图案化所得到的对比图。
【具体实施方式】
[0027] 下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本 领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明 保护的范围。
[0028] 下面对本发明实施例提供的图案化石墨烯制作方法、阵列基板以及显示装置进行 详细描述。
[0029] 本发明实施例提供了一种图案化石墨烯制作方法，包括：将图案化石墨烯置于酸 性刻蚀液中浸泡，以降低浸泡后的所述图案化石墨烯的方阻。
[0030] 单层石墨烯由于方阻较大，不能够满足于实际需求，所以通常情况下所获取的石 墨烯多为在单层石墨烯掺杂后，再沉积第二层或更多层的石墨烯。在本方法中，以双层石 墨烯为例进行说明，但可以理解的是，本发明所使用的石墨烯并不局限于双层，还可以为多 层，例如三层，对于该部分内容将在以下实施例中详细说明。
[0031] 本实施例所用的石墨烯为掺杂石墨烯，其在光刻法图案过程中先后经过曝光、显 影、刻蚀、剥离等步骤后，由于显影液、剥离液的作用使得石墨烯膜层的方阻有所增加，致使 通过常规光刻法得到的图案化石墨烯方阻较大，不能用于实际生产中。所以，在上述步骤后 继续利用酸性刻蚀液对图案化石墨烯进行浸泡，通过刻蚀液中的酸根离子与石墨烯膜层中 的掺杂离子发生络合、交换等化学反应，在石墨烯膜层表面重新掺杂有电性活泼的金属离 子基团，使得石墨烯膜层表面的电化学活性变得活泼，从而降低光刻法图案化石墨烯的方 阻。
[0032] 本发明实施例提供了一种图案化石墨烯制作方法，该方法利用酸性刻蚀液对图案 化石墨烯浸泡，使刻蚀液中的酸根离子与石墨烯膜层中的掺杂离子发生化学反应，在石墨 烯膜层表面重新掺杂有电性活泼的金属离子基团，使得石墨烯膜层表面的电化学活性变得 活泼，这不仅可显著降低光刻法图案化后石墨烯的方阻，还可获得精细化的图案化石墨烯， 为石墨烯的量产奠定基础。
[0033] 在本发明的另一实施例中，所述浸泡后的所述图案化石墨烯的方阻 < 石墨烯的初 始方阻。其中，石墨烯的初始方阻为原材料石墨烯的原有方阻（在本实施例中指所使用的 未开始参与反应的双层石墨烯的方阻）。通过酸性刻蚀液的浸泡可将制作得到的图案化石 墨烯的方阻恢复到石墨烯的原有方阻或比其更小，从而更好地提高的图案化石墨烯的导电 性。
[0034] 在本发明的另一实施例中，所述酸性刻蚀液的pH为1-3。在本实施例中，浸泡步 骤中所使用的刻蚀液整体呈酸性，该酸性应大体保持为强酸性，约为1-3左右，在实际生产 中，虽然在浸泡时，刻蚀液与石墨烯发生反应会不断降低刻蚀液的PH，但不应脱离上述pH 范围，以避免酸性不及而影响刻蚀液中的酸根离子与石墨烯膜层中的掺杂离子发生反应， 从而影响浸泡后得到的图案化石墨烯的方阻。
[0035] 在本发明的又一实施例中，将所述图案化石墨烯置于酸性刻蚀液中浸泡100-140 秒。在本实施例中，利于酸性刻蚀液对图案化石墨烯浸泡100-140秒即可与图案化石墨烯 反应完全，在该过程中，由于向图案化石墨烯中掺杂了金属离子基团，相当于对图案化石墨 烯进行二次掺杂，使得石墨烯膜层表面的电化学活性变得活泼，从而降低光刻法图案化石 墨烯的方阻。同时，在实际生产中，浸泡步骤中大致需经过4-5个酸性浸泡单元，而经过上 述酸性刻蚀单元大概也需要100-140秒，进一步，优选浸泡140秒，这也正好与图案化石墨 烯和酸性刻蚀液反应完全所需的时间大体一致，从而为石墨烯的量产进一步奠定基础。
[0036] 在本发明的进一步实施例中，所述酸性刻蚀液可包括重金属无机酸类和非金属无 机酸类中的一种或多种。酸性刻蚀液中可包含有多种酸性物质，以为浸泡步骤提供良好的 掺杂环境，进一步为光刻法图案化后再进行掺杂提供有利条件。在本发明的一实施例中，所 述重金属无机酸类可包括氯金酸和氯钼酸中的一种或多种；在本发明的一实施例中，所述 非金属无机酸类可包括硝酸、磷酸和硫酸中的一种或多种；进一步的，在本发明的优选实施 例中，所述非金属无机酸为硝酸和磷酸的混合液，从而可更好地为与图案化石墨烯发生化 学反应提供有利条件。可以理解的是，有关酸性刻蚀液中所包含的酸性物质并不仅限于上 述所列举的种类，还可以是本领域技术人员所知的其它酸性物质，上述所列举的种类仅为 其中较为常用且重要的种类。
[0037] 在本发明的另一实施例中，如图1所示，在所述将图案化石墨烯置于酸性刻蚀液 中浸泡之前，还可包括：对贴服有石墨烯的玻璃基底进行光刻工艺，以在所述玻璃基底上形 成有光刻胶图案；对所述形成有光刻胶图案的玻璃基底进行干法刻蚀，以除去未被光刻胶 图案覆盖的石墨烯；待干法刻蚀完毕后，剥离除去玻璃基底上的光刻胶，以得到所述图案化 石墨烯。在本发明的进一步实施例中，在所述对贴服有石墨烯的玻璃基板进行光刻工艺之 前，还可包括：将所述石墨烯转移至聚对苯二甲酸乙二醇酯膜（PET)上，然后用高温胶带将 其贴服在玻璃基底上。可以理解的是，有关利用光刻法对石墨烯进行图案化的方法为本领 域技术人员所理解的常规方法，此处不再详述，当然，本领域技术人员还可对上述常规光刻 法进行变型，利用由变型得到的光刻法对石墨烯进行图案化也包括在本发明的范围内。
[0038] 在本发明的另一实施例中，所述石墨烯可为双层石墨烯或三层石墨烯。这里需要 说明的是，单层石墨烯的方阻较大，不利于实际需求，而多层（三层以上）石墨烯又由于在 成膜时多会出现工艺不良，所以在本发明实施例中多使用双层石墨烯或三层石墨烯。其中， 由于双层石墨烯的方阻更能满足实际需求，且成膜过程相比三层石墨烯工序较为简单，所 以在本实施例中优选使用双层石墨烯。
[0039] 在本发明的进一步实施例中，所述石墨烯为掺杂石墨烯或未掺杂石墨烯。在本实 施例中所使用的石墨烯为掺杂石墨烯，由于单层石墨烯方阻较大，为了降低其方阻，所以获 取得到的石墨烯多已被一次掺杂。但这里需要着重说明的是，在本发明实施例中，所述石墨 烯还可为未掺杂石墨烯，这主要是因为石墨烯在成膜后掺杂周期较长，对未掺杂石墨烯直 接进行光刻法图案化后再用本发明所提供的方法进行掺杂，不仅能够降低石墨烯的方阻， 还可减少石墨烯成膜后的掺杂步骤，减少成膜周期，节省生产成本。
[0040] 本发明实施例还提供了一种阵列基板，包括由上述实施例所提供的制作方法制作 得到的图案化石墨烯。由于该图案化石墨烯的图案化精细，且在经酸性刻蚀液浸泡后，方阻 还得到了显著地降低，所以在将其应用到本发明实施例所提供的阵列基板中时，可进一步 有效提_阵列基板的性能。
[0041] 本发明实施例还提供了一种显示装置，包括由上述实施例所提供的阵列基板。在 该显示装置中包括有设置了本发明实施例所提供的图案化石墨烯的阵列基板。由于该图案 化石墨烯的图案化精细，且在经酸性刻蚀液浸泡后，方阻还得到了显著地降低，在将其应用 到本发明实施例所提供的显示装置中时，可进一步有效提高显示装置的性能。
[0042] 下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
[0043] 首先，将石墨烯转移至PET膜上，然后用高温胶带将其贴服在玻璃基底上；
[0044] 然后，分别测试贴服完毕的石墨烯膜层在仅进行显影工艺和仅进行剥离（strip) 工艺后的石墨烯膜方阻变化。
[0045] 在该步骤后，在仅进行显影工艺后测得石墨烯膜层方阻变化< 200Q/ □，符合石 墨烯膜方阻变化性质；在仅进行strip工艺后测得石墨烯膜方阻变化较大，由200Q/ □变 化为 1800Q/ □。
[0046] 由此分析strip工艺为石墨烯方阻变化的主要因素，其中，strip液与石墨烯的反 应机理如下：
[0047]Strip液组成成分为羟乙基哌嗪（a)、二乙二醇丁醚（b)、N_甲基甲酰胺（c)，其化 学结构分别为：
[0048]
【权利要求】
1. 一种图案化石墨烯制作方法，其特征在于，包括： 将图案化石墨烯置于酸性刻蚀液中浸泡，以降低浸泡后的所述图案化石墨烯的方阻。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸泡后的所述图案化石墨烯的方阻 <石墨烯的初始方阻。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性刻蚀液的pH为1-3。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述图案化石墨烯置于酸性刻蚀液中 浸泡100-140秒。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性刻蚀液包括重金属无机酸类和 非金属无机酸类中的一种或多种。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述重金属无机酸类包括氯金酸和氯钼 酸中的一种或多种。
7. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述非金属无机酸类包括硝酸、磷酸和硫 酸中的一种或多种。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将图案化石墨烯置于酸性刻蚀液 中浸泡之前，还包括： 对贴服有石墨烯的玻璃基底进行光刻工艺，以在所述玻璃基底上形成有光刻胶图案； 对所述形成有光刻胶图案的玻璃基底进行干法刻蚀，以除去未被光刻胶图案覆盖的石 墨烯； 待干法刻蚀完毕后，剥离除去玻璃基底上的光刻胶，以得到所述图案化石墨烯。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述石墨烯为双层石墨烯或三层石墨烯。
10. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述石墨烯为掺杂石墨烯或未掺杂石墨 烯。
11. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述对贴服有石墨烯的玻璃基板进行 光刻工艺之前，还包括： 将所述石墨烯转移至聚对苯二甲酸乙二醇酯膜上，然后用高温胶带将其贴服在玻璃基 底上。
12. -种阵列基板，其特征在于，包括如权利1-11任一项所述方法制作得到的图案化 石墨烯。
13. -种显示装置，其特征在于，包括如权利要求12所述的阵列基板。
【文档编号】H01L21/02GK104332390SQ201410433335
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】吕志军, 石岳, 邸云萍, 惠官宝 申请人:京东方科技集团股份有限公司