[发明专利]一种生长石墨烯的衬底的刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生长石墨烯的衬底的刻蚀转移技术。

背景技术

目前生长大面积石墨烯薄膜主要是通过气相沉积法，在衬底表面生长出一层或多层石墨烯，通过将石墨烯和衬底分离的方法将石墨烯转移出来，分离石墨烯和衬底主要的方法是将衬底刻蚀掉。刻蚀衬底主要依靠化学腐蚀或者电化学腐蚀等手段，但是生长石墨烯的衬底中通常会渗一部分碳，有些用较薄的衬底生长石墨烯的过程中会在衬底两面都生长出石墨烯，这些碳、石墨烯、以及衬底中的一些杂质会在刻蚀的过程中沉积或掉落在需要转移的石墨烯层表面。通常的生长衬底中也会溶碳，随着生长工艺和衬底性质的不一样，溶碳量也会不一样。这样这些碳、杂质等就无法在表面有效处理干净。

在无任何处理措施时，刻蚀过程中这些杂质不容易被观察到，但在刻蚀结束后，目标衬底上会明显观察到这些杂质。常见的用水冲洗也无法观察到这些杂质被冲下来，在刻蚀结束后的目标衬底上依然大量存在着这些杂质。需要找到一种有效的冲洗方式，能够避免这些杂质掉落在目标衬底上，且能够有效观察到这些杂质在何种程度时可以被冲洗净。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种对所需石墨烯层无损伤，操作简单方便，低成本，所得石墨烯无沾污、更加干净，且可适于大规模工业化生产的生长石墨烯的衬底的刻蚀方法。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种生长石墨烯的衬底的刻蚀方法，工艺流程参见附图1，包括如下步骤：

    1）将生长好石墨烯的衬底待刻蚀的部分浸在刻蚀液中，开始刻蚀；

    2）当衬底刻蚀一部分后，将石墨烯衬底刻蚀部分取出，用冲洗液冲洗刚才被刻蚀的部分的表面，冲洗后的液体及时流出石墨烯衬底表面，此冲洗过程将带出表面杂质，污染物或多余的石墨烯；

3）将冲洗过的石墨烯衬底继续刻蚀，待衬底刻蚀了一部分后，取出，重复从第二步的冲洗过程；

4）重复步骤3）一次或多次，直至衬底完全刻蚀净。

作为优选方案，所述冲洗液为含无机物（酸、碱、盐）或有机物（醇类、酮类、脂类、有机酸、有机盐）的水溶液，或醇类、酮类、脂类、有机酸、有机盐的一种或多种的混合液体。

    所述冲洗过程，采用每次分别用含无机物或有机物的水溶液、醇类、酮类、脂类、或有机类酸、有机盐中的一种与水交替冲洗的方式。

    优选的，所述冲洗过程，采用每次分别用乙醇和水交替冲洗一遍的方式；或者采用每次分别用异丙醇和水交替冲洗一遍的方式；或者采用每次分别用乙醇和过硫酸铵溶液交替冲洗一遍的方式。

    最佳的，所述冲洗过程，采用每次分别用乙醇和水冲洗一遍的方式。所述乙醇的浓度不低于99%。

    优选的，所述冲洗液的冲洗的压力为1×10^-6MPa~1×10²MPa。最佳为0.1MPa。

    优选的，所述冲洗液的温度为4℃~90℃。最佳为25℃。

    最后，在完成刻蚀后，用水多次长时间的冲洗刻蚀下来的石墨烯。

    本发明中，生长石墨烯的衬底，包括Pt、Ni、Cu、Co、Ir、Ru、Au、Ag等金属及其合金等导体、或者Si、SiO2、Al2O3等半导体、或者两者的复合材料，其厚度在0.1um-10mm。

    本发明中，衬底上的石墨烯层数包括一层或多层石墨烯。

    本发明中，刻蚀衬底的方法包括化学法，电化学法或其他的需要在液体中使衬底被刻蚀掉的方法。

本发明的有益效果：

本发明是在刻蚀的过程中加入特殊的清洗方式，将这些容易沾染所需石墨烯层的物质冲洗掉，这样转移后的石墨烯薄膜可以尽可能避免受到沾污，保持较好的性能以备使用。解决了现有技术中刻蚀下的石墨烯不够清洁、及其导致的相关性能不足的缺陷。具体效果有：

    1）本发明是在刻蚀生长石墨烯的衬底的过程中，加入冲洗的过程，污染物，杂质或多余石墨烯在冲洗的过程中会被冲洗液体带走，使刻蚀后的石墨烯表面洁净度较好，石墨烯性质相关性能更好。具体可参见附图2、3，图2是未采用本发明的方法时刻蚀转移后的石墨烯图，表面可见绿色物质即为杂质污染物或多余石墨烯，图3是采用本发明所述方法后刻蚀转移后的石墨烯图片，表面无明显杂质污染物或多余石墨烯。