一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及石墨烯薄膜生产装置【技术领域】，尤其涉及一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置，包括第一夹具和第二夹具，所述第一夹具为由第一夹具柱组成的方形框架结构，所述第二夹具为由四个第二夹具柱组成的方形框架结构，所述第一夹具的方形大小和所述第二夹具的方形大小相同，且所述第一夹具设置在所述第二夹具的上方，所述第一夹具和所述第二夹具通过活动卡扣连接，所述第一夹具和所述第二夹具之间设有夹具间隙。本实用新型的有益效果是：采用第一夹具和第二夹具组成的转移装置，在对石墨烯片进行刻蚀前对其进行夹持，不仅能方便对石墨烯片的转移，并且能对石墨烯片在刻蚀时进行保护，避免石墨烯片触及刻蚀液槽底部导致石墨烯薄膜的损伤。
【专利说明】一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石墨烯薄膜生产装置【技术领域】，尤其涉及一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置。
【背景技术】
[0002]石墨烯是碳原子按Sp2杂化轨道组成六角型晶格的单原子层平面薄膜，作为一种新型半导体材料，具有高透光率、高导电率的特点。目前实验室主要采用化学气相沉积(CVD)方法在催化基底上制备石墨烯薄膜，然后在表面旋涂有机物支撑层，将带有支撑层的石墨烯放入刻蚀液中，由于有机物支撑层密度小，能够让薄膜漂浮在刻蚀液的液面上，待催化基底被刻蚀完毕后，将带有支撑层的石墨烯表面的刻蚀液残留洗净，吹干，然后去除表面的支撑层便可用于下一步的石墨烯转移工艺。实验室所用的石墨烯片的面积一般在2cmX 2cm，而工业化大规模生产所得到生产石墨烯薄膜在切片后的面积至少为25cmX 25cm，这样大面积的石墨烯薄膜在表面贴合支撑层后，若直接放入刻蚀液中进行溶解，刻蚀液面和催化基底间容易残留气泡，导致催化基底的溶解不完全。带有支撑层的石墨烯非常柔软，特别是在催化基底被溶解后，由于石墨烯层暴露出来，若没有外在保护，在刻蚀过程中溶液发生支撑层沉入刻蚀液槽底部的情况，导致石墨烯触碰到槽底部从而被损坏。此外，在运送石墨烯片时，若不能很好地对石墨烯片进行定位，也容易导致发生石墨烯片在运送过程中的损伤。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能在转移的过程中保护石墨烯薄膜，避免石墨烯薄膜损坏的保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置。
[0004]本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置，包括第一夹具和第二夹具，所述第一夹具为由第一夹具柱组成的方形框架结构，所述第二夹具为由四个第二夹具柱组成的方形框架结构，所述第一夹具的方形大小和所述第二夹具的方形大小相同，且所述第一夹具设置在所述第二夹具的上方，所述第一夹具和所述第二夹具通过活动卡扣连接，所述第一夹具和所述第二夹具之间设有夹具间隙。
[0005]本实用新型的有益效果是:采用第一夹具和第二夹具组成的转移装置，在对石墨烯片进行刻蚀前对其进行夹持，不仅能方便对石墨烯片的转移，并且能对石墨烯片在刻蚀时进行保护，避免石墨烯片触及刻蚀液槽底部导致石墨烯薄膜的损伤。
[0006]在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0007]进一步，所述第一夹具为由三个第一夹具柱组成的一边设有敞口的方形框架结构。
[0008]采用上述进一步方案的有益效果是:第一夹具的一边设有敞口，在配合机械手将夹持石墨烯片的转移装置放入刻蚀液中时，能够从敞口处排出催化基底和刻蚀液面间的气泡，避免气泡的存在导致刻蚀液体对催化基底的刻蚀残留。
[0009]进一步，所述第一夹具为由四个第一夹具柱组成的、上表面处于同一平面方形框架结构，组成所述第一夹具的四个所述第一夹具柱中的一个所述第一夹具柱的厚度小于其余三个所述第一夹具柱。
[0010]采用上述进一步方案的有益效果是:第一夹具的一边的第一夹具柱的厚度小于其他三边的第一夹具柱，且四边的下表面处于同一平面，则当夹持石墨烯薄膜后，厚度小于其他三边的第一夹具柱和石墨烯片之间形成缺口，在配合机械手将夹持石墨烯片的转移装置放入刻蚀液中时，能够从缺口处排出催化基底和刻蚀液面间的气泡，避免气泡的存在导致刻蚀液体对催化基底的刻蚀残留。
[0011]进一步，所述第一夹具内设有用于识别所述第一夹具和感应所述第一夹具位置的弟一夹具感应芯片。
[0012]采用上述进一步方案的有益效果是:在第一夹具内设置感应芯片，能识别第一夹具和感应第一夹具在转移过程中的位置。
[0013]进一步，所述第二夹具内部设有用于识别所述第二夹具和感应所述第二夹具位置的第二夹具感应芯片。
[0014]采用上述进一步方案的有益效果是:在第二夹具内设置感应芯片，能识别第二夹具和感应第二夹具在转移过程中的位置。
[0015]进一步，所述活动卡扣包括设在所述第一夹具柱上的卡扣槽和安装在所述第二夹具柱、与所述卡扣槽相匹配的活动卡钩。
[0016]采用上述进一步方案的有益效果是:采用卡扣槽和与其相配的活动卡钩的组合，结构简单，能方便对石墨烯片的夹持和松开，从而让转移装置的重复连续使用。
[0017]进一步，所述第一夹具上设有三个所述卡扣槽，所述第二夹具上设有分别与三个所述卡扣槽相匹配的三个活动卡钩。
[0018]采用上述进一步方案的有益效果是:采用三个卡扣槽和三个活动卡钩组成的活动卡扣来连接第一夹具和第二夹具，能保障夹持石墨烯片的牢固性。
[0019]进一步，所述第一夹具柱和所述第二夹具柱上均设有防滑纹。
[0020]采用上述进一步方案的有益效果是:防滑纹的设置能够避免机械手臂在对表面有液体的转移装置进行夹持和转移操作时，转移装置发生滑动。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置第一种实施例的结构示意图；
[0022]图2为本实用新型一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置第二种实施例的结构示意图；
[0023]图3为本实用新型一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置第一种实施例的第一夹具的结构示意图；
[0024]图4为本实用新型一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置第二种实施例的第一夹具的结构示意图；
[0025]图5为本实用新型一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置的第二夹具的结构示意图；
[0026]附图中,各标号所代表的部件列表如下:
[0027]1、第一夹具，2、第二夹具，3、第二夹具柱，4、活动卡扣，5、夹具间隙，6、第一夹具柱，7、第一夹具感应芯片，8、第二夹具感应芯片，9、卡扣槽，10、活动卡钩，11、防滑纹。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0029]实施例一
[0030]本实施例包括第一夹具I和第二夹具2，所述第一夹具I为由第一夹具柱6组成的方形框架结构，所述第二夹具2为由四个第二夹具柱3组成的方形框架结构，所述第一夹具I的方形大小和所述第二夹具2的方形大小相同，且所述第一夹具I设置在所述第二夹具2的上方，所述第一夹具I和所述第二夹具2通过活动卡扣4连接，所述第一夹具I和所述第二夹具2之间设有夹具间隙5，如图1所示。如图3、图5所示所述第一夹具I为由三个第一夹具柱6组成的一边设有敞口的方形框架结构，所述第一夹具I内设有用于识别所述第一夹具I和感应所述第一夹具I位置的第一夹具感应芯片7，所述第二夹具2内部设有用于识别所述第二夹具2和感应所述第二夹具2位置的第二夹具感应芯片8。所述活动卡扣4包括设在所述第一夹具柱6上的卡扣槽9和安装在所述第二夹具柱3、与所述卡扣槽9相匹配的活动卡钩10，所述第一夹具I的三个所述第一夹具柱6上设有所述卡扣槽9，所述第二夹具2的三个所述第二夹具柱3上设有分别与三个所述卡扣槽9相匹配的活动卡钩10，所述第一夹具柱6和所述第二夹具柱3上均设有防滑纹11。
[0031]采用上述转移装置的一种保护石墨烯薄膜刻蚀和转移的方法，包括以下步骤:
[0032]步骤一，将带有石墨烯薄膜的催化基底长条进行平整，在一面上覆盖上支撑层后进行切片；
[0033]步骤二，将切好的石墨烯片放置于压片平台上的第一夹具I上，催化基底一面朝下，石墨烯片的支撑层置于第一夹具I上表面，催化基底完全在第一夹具I的框的内侧，扣上第二夹具2后对第二夹具2施加竖直向下压力，然后扣上活动卡扣4，使得石墨烯片夹持在第一夹具I和第二夹具2之间，组成石墨烯片的转移装置；
[0034]步骤三，使用机械臂将夹持石墨烯片的转移装置以第一夹具I在第二夹具2下方的方式置于装有蚀刻液的蚀刻槽中，松开机械手臂，让夹具漂浮在蚀刻液上，使得石墨烯片的催化基底在蚀刻液中逐步溶解；
[0035]步骤四，待石墨烯片的催化基底在蚀刻液中完全溶解后，通过机械手臂将转移装置取出，然后静置、清洗、吹干；
[0036]步骤五，然后打开活动卡扣4，将石墨烯片从第一夹具I和第二夹具2之间取出，然后将带有石墨烯薄膜的一面与目标基底贴合，然后将支撑层从石墨烯薄膜表面分离。
[0037]所述步骤三中，机械手臂将夹持石墨烯片的转移装置以与水平方向倾斜5度到15度的角度、按照第一夹具I在第二夹具2下方的方式插入蚀刻液中。所述步骤四中，所述机械手臂将所述转移装置夹持后，倾斜转移装置使其与水平方向倾斜5度到15度的角度，然后提出蚀刻液。所述步骤四中，使用喷水法清洗所述转移装置以及石墨烯片上的蚀刻液。
[0038]实施例二
[0039]本实施例包括第一夹具I和第二夹具2，所述第一夹具I为由第一夹具柱6组成的方形框架结构，所述第二夹具2为由四个第二夹具柱3组成的方形框架结构，所述第一夹具I的方形大小和所述第二夹具2的方形大小相同，且所述第一夹具I设置在所述第二夹具2的上方，所述第一夹具I和所述第二夹具2通过活动卡扣4连接，所述第一夹具I和所述第二夹具2之间设有夹具间隙5，如图2所示。如图4、图5所示，所述第一夹具I为由四个第一夹具柱6组成的、下表面处于同一平面方形框架结构，组成所述第一夹具I的四个所述第一夹具柱6中的一个所述第一夹具柱6的厚度小于其余三个所述第一夹具柱6，所述第一夹具I内设有用于识别所述第一夹具I和感应所述第一夹具I位置的第一夹具感应芯片7，所述第二夹具2内部设有用于识别所述第二夹具2和感应所述第二夹具2位置的第二夹具感应芯片8，所述活动卡扣4包括设在所述第一夹具柱6上的卡扣槽9和安装在所述第二夹具柱3、与所述卡扣槽9相匹配的活动卡钩10，所述第一夹具I的三个所述第一夹具柱6上设有所述卡扣槽9，所述第二夹具2的三个所述第二夹具柱3上设有分别与三个所述卡扣槽9相匹配的活动卡钩10，所述第一夹具柱6和所述第二夹具柱3上均设有防滑纹11。
[0040]采用上述转移装置的一种保护石墨烯薄膜刻蚀和转移的方法，包括以下步骤:
[0041]步骤一 S01，将带有石墨烯薄膜的催化基底长条进行平整，在一面上覆盖上支撑层后进彳T切片；
[0042]步骤二 S02，将切好的石墨烯片放置于压片平台上的第一夹具I上，催化基底一面朝下，石墨烯片的支撑层置于第一夹具I上表面，催化基底完全在第一夹具I的框的内侧，扣上第二夹具2后对第二夹具2施加竖直向下压力，然后扣上活动卡扣4，使得石墨烯片夹持在第一夹具I和第二夹具2之间，组成石墨烯片的转移装置；
[0043]步骤三S03，使用机械臂将夹持石墨烯片的转移装置以第一夹具I在第二夹具2下方的方式置于装有蚀刻液的蚀刻槽中，松开机械手臂，让夹具漂浮在蚀刻液上，使得石墨烯片的催化基底在蚀刻液中逐步溶解；
[0044]步骤四S04，待石墨烯片的催化基底在蚀刻液中完全溶解后，通过机械手臂将转移装置取出，然后静置、清洗、吹干；
[0045]步骤五S05，然后打开活动卡扣4，将石墨烯片从第一夹具I和第二夹具2之间取出，然后将带有石墨烯薄膜的一面与目标基底贴合，然后将支撑层从石墨烯薄膜表面分离。
[0046]所述步骤三S03中，机械手臂将夹持石墨烯片的转移装置以与水平方向倾斜5度到15度的角度、按照第一夹具I在第二夹具2下方的方式插入蚀刻液中。所述步骤四S04中，所述机械手臂将所述转移装置夹持后，倾斜转移装置使其与水平方向倾斜5度到15度的角度，然后提出蚀刻液。所述步骤四S04中，使用喷水法清洗所述转移装置以及石墨烯片上的蚀刻液。
[0047]将石墨烯片夹持在第一夹具I和第二夹具2之间，使得石墨烯片的支撑层恰好位于第一夹具I和第二夹具2之间，而石墨烯片的催化层则完全在第二夹具2的框内侧，通过活动卡口将第一夹具1、石墨烯片进行固定。采用第一夹具I和第二夹具2组成的转移装置，在对石墨烯片进行刻蚀前对其进行夹持，不仅能方便对石墨烯片的转移，并且能对石墨烯片在刻蚀时进行保护，避免石墨烯片触及刻蚀液槽底部导致石墨烯薄膜的损伤。采用三个第一夹具柱6组成的第一夹具I，第一夹具I的一边设有敞口，在配合机械手将夹持石墨烯片的转移装置放入刻蚀液中时，能够从敞口处排出催化基底和刻蚀液面间的气泡，避免气泡的存在导致刻蚀液体对催化基底的刻蚀残留。采用四个第一夹具柱6组成的第一夹具1，第一夹具I的一边的第一夹具柱6的厚度小于其他三边的第一夹具柱6，且四边的上表面处于同一平面，则当夹持石墨烯薄膜后，厚度小于其他三边的第一夹具柱6和石墨烯片之间形成缺口，在配合机械手将夹持石墨烯片的转移装置放入刻蚀液中时，能够从缺口处排出催化基底和刻蚀液面间的气泡，避免气泡的存在导致刻蚀液体对催化基底的刻蚀残留。在第一夹具I内设置感应芯片，能识别第一夹具I和感应第一夹具I在转移过程中的位置。在第二夹具2内设置感应芯片，能识别第二夹具2和感应第二夹具2在转移过程中的位置。采用卡扣槽9和与其相配的活动卡钩10的组合，结构简单，能方便对石墨烯片的夹持和松开，从而让转移装置的重复连续使用。采用三个卡扣槽9和三个活动卡钩10组成的活动卡扣4来连接第一夹具I和第二夹具2，能保障夹持石墨烯片的牢固性。防滑纹11的设置方便机械手臂对转移装置的夹持和转移。
[0048]本发明的优点如下:
[0049]1.保护石墨烯薄膜在刻蚀时，薄膜随支撑层沉入刻蚀液中导致石墨烯薄膜触及刻蚀液槽底部导致石墨烯薄膜的损伤。
[0050]2.具有识别定位装置，并有防滑纹11，便于机械手的定位识别和抓取，方便自动化生产。
[0051]3.夹具一边具有缺口，在配合机械手将夹具放入刻蚀液中时，能够排出催化基底和刻蚀液面间的气泡，避免气泡的存在导致刻蚀液体对催化基底的刻蚀残留。
[0052]4.夹具两边具有活动扣，能够配合传送带的操作，方便对石墨烯片的压合和松开，从而让石墨烯片的转移能够连续操作。
[0053]将从生长设备出来的带有石墨烯薄膜的催化基底长条进行平整，然后覆盖上热释放胶带或者硅胶的支撑层。将长条按一定得尺寸切片，所切好的石墨烯片被送到压片台上。压片台上台面平整，台上有一凹陷槽，凹陷槽能够放置图1所示的第一夹具1，并保证第一夹具I靠近夹具间隙5的一侧的上表面与台面平行。此时将石墨烯片放置于台面，支撑层朝上，催化基底朝下由于支撑层宽度较催化基底层宽，支撑层能恰好能到达第一夹具I两边夹具柱的中间处，而催化基底层则完全在第一夹具I的框内部。然后将第一夹具I对准第二夹具2扣上。图3所示，第一夹具I的柱子中间处有卡扣，该卡扣能与图5所示第二夹具2的对应处的卡扣组合，在竖向施加一次压力后，卡扣能够很好的闭合，保证第一夹具1、第二夹具2和石墨烯片闭合。在横向施加外力时，卡扣能够脱开，从而保证第一夹具I和第二夹具2的分离。其它类型的卡扣也适用于本发明的夹具。卡扣的位置并非局限于夹具柱子中间处，可以以一根柱子上有一个或多个卡扣的形式存在。夹具柱子可以两边上有卡扣，也可以三边上有卡扣，优选三边存在卡扣。
[0054]第一夹具I内部放置第一夹具感应芯片7，第二夹具2内部的第二夹具感应芯片8能够帮助感应器识别该夹具是第一夹具I还是第二夹具2，同时也能够提供该夹具的位置信息，便于机械手的定位和识别。第一夹具I和第二夹具2的外表面还设计有防滑纹11，能够避免机械手在当夹具在刻蚀液体中的时候，抓取夹具时，夹具而不会滑动或者脱落。
[0055]为保证夹具能够很好的保护石墨烯，本发明还提供一种配合该夹具使用的，装有刻蚀液的装液斗，装液斗尺寸比夹具各边长10cm-20cm，每个斗的外观为梯形，斜边的角度为30° -60°，这种装液斗和夹具配合使用的方法如下:
[0056]机械臂将斗竖直放入装有刻蚀液槽后，待平稳后机械臂将装液斗抬起，最底部的斗底面需离开腐蚀液的页面，然后机械臂静置30s-90s，等斗不再掉液滴时，机械臂将装液斗移动到空白槽中。这时，机械手将夹有石墨烯片的夹具夹起，此时机械手慢速将夹具以与水平方向倾斜5°到15°的角度、按照第一夹具I在第二夹具2下方的方式对刻蚀液面将样片插入液体中，机械手上的探测器保证样片的末端刚好在液面上，然后机械手静置10s，待液面不再晃动时，机械手松开，此时，夹具能够漂浮在液面上，由于第一夹具I的缺少一边的设计配合机械手的送夹具的方式，保证催化基底和刻蚀液液面没有气泡。槽的内侧放置微型摄像头，能够监视样片上催化基底的溶解情况，待催化基底完全溶解后，机械手通过第一夹具I内的第一夹具感应芯片7和第二夹具2内的第二夹具感应芯片8感应，能够准备抓取夹具，并将夹具以倾斜5°到15°的角度夹起，提出，静置1s后，待夹具不再滴液滴后，将夹具用喷水法洗净刻蚀液，然后吹干，机械手将夹具送至卸装台上。卸装台台面与夹具压合平台类似，台面平整，中部具有凹槽，此时将第一夹具I放入凹槽中，对卡扣一侧施加外力，第一夹具I和第二夹具2分离，移开第一夹具1，将石墨烯片取出，然后将带有石墨烯的一面与目标基底进行贴合，之后再通过加热，或者施加温和外力的方式将支撑层与石墨烯膜表面分离。
[0057]当刻蚀液的浓度降低到不能满足刻蚀催化基底时，将装液斗内夹具全部取出，装液斗上的两个悬臂上下运动，使腐蚀液废液倒入废液槽中，废液槽则将刻蚀液的废液排至废除处理系统中。装液斗则被送至清洗槽中洗净后吹干。等待需要溶解样片时，再进入装满刻蚀液的槽中进行下一轮工序。
[0058]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置，其特征在于，包括第一夹具(I)和第二夹具(2)，所述第一夹具(I)为由第一夹具柱(6)组成的方形框架结构，所述第二夹具(2)为由四个第二夹具柱(3)组成的方形框架结构，所述第一夹具(I)的方形大小和所述第二夹具(2)的方形大小相同，且所述第一夹具(I)设置在所述第二夹具(2)的上方，所述第一夹具(I)和所述第二夹具(2)通过活动卡扣(4)连接，所述第一夹具(I)和所述第二夹具(2)之间设有夹具间隙(5)。
2.根据权利要求1所述的一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置，其特征在于，所述第一夹具(I)为由三个第一夹具柱(6)组成的一边设有敞口的方形框架结构。
3.根据权利要求1所述的一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置，其特征在于，所述第一夹具(I)为由四个第一夹具柱(6)组成的、上表面处于同一平面方形框架结构，组成所述第一夹具(I)的四个所述第一夹具柱(6)中的一个所述第一夹具柱(6)的厚度小于其余三个所述第一夹具柱(6)。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置，其特征在于，所述第一夹具(I)内设有用于识别所述第一夹具和感应所述第一夹具(I)位置的第一夹具感应芯片(7)。
5.根据权利要求1至3任一项所述的一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置，其特征在于，所述第二夹具(2)内部设有用于识别所述第二夹具(2)和感应所述第二夹具(2)位置的第二夹具感应芯片(8)。
6.根据权利要求1至3任一项所述的一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置，其特征在于，所述活动卡扣(4)包括设在所述第一夹具柱(6)上的卡扣槽(9)和安装在所述第二夹具柱(3)、与所述卡扣槽(9)相匹配的活动卡钩(10)。
7.根据权利要求6所述的一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置，其特征在于，所述第一夹具(I)上设有三个所述卡扣槽(9)，所述第二夹具(2)上设有分别与三个所述卡扣槽(9)相匹配的三个活动卡钩(10)。
8.根据权利要求1至3任一项所述的一种保护石墨烯薄膜蚀刻和转移的装置，其特征在于，所述第一夹具柱(6)和所述第二夹具柱(3)上均设有防滑纹(11)。
【文档编号】H01L21/02GK204155906SQ201420646221
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】钟达, 史浩飞, 崔华亭, 李占成, 谭其良 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