图案化石墨烯制备方法技术

一种图案化石墨烯制备方法，主要利用一微影蚀刻工艺得到一图案化石墨烯。先提供一基板，接着在该基板上形成一触媒层，然后，在该触媒层上形成一碳层，并加热该碳层至一合成温度，使该碳层转化为石墨烯，其中，可于形成该碳层前，对该触媒层进行该微影蚀刻工艺；或于加热前，对该碳层进行该微影蚀刻工艺；也可于加热后，对该石墨烯进行该微影蚀刻工艺。相较于一般使用的激光蚀刻工艺，该微影蚀刻工艺具备高生产速度、成本低廉及适合制作大面积图案化石墨烯等优点。

Process for preparing patterned fossil ink

The invention relates to a method for preparing patterned fossil ink, which is mainly characterized in that: a pattern etching process is adopted to obtain a patterned fossil ink. To provide a substrate, then a catalyst layer formed on the substrate, then forming a carbon layer on the catalyst layer, and heating the carbon layer to a synthesis temperature, the carbon layer into graphene, which can be formed on the carbon layer, the catalyst layer of the lithography etching process; on or before heating, the carbon layer of the lithographic process; can also be heated, the lithography process of the graphene. Compared with the commonly used laser etching process, the lithography process has the advantages of high production speed, low cost, and is suitable for making large area patterned fossil ink.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种石墨烯的制备方法，尤指一种具有图案化结构的石墨烯的制备方法。
技术介绍
石墨烯是碳的一种同素异形体(Allotrope),为碳原子以六方蜂巢晶格排列形成的二维材料，就性质而言，石墨烯具备透明、高导电、高热传导、高强度-重量比(Strength-to-weight ratio)与良好的延展性等特点，因此,学术界及业界皆相继针对石墨烯投入大量的研发，盼能导入现有的电子元件工艺，以通过其特性提升整体效果，以石墨烯的应用而论，目前主要应用方向包括晶体管、锂离子电池的电极材料、光检测器及用于触控面板、发光二极管或太阳能电池的透明电极等。已知石墨烯制 备方法如美国专利公开第US2010/0237296号，揭示一种于高沸点溶剂中单层石墨氧化物的还原成石墨，先将单层石墨氧化物分散于水中而形成一分散液，接着，将一溶剂添加至该分散液中形成一溶液，该溶剂可为N-甲基吡咯啶酮(N-methlypyrrolidone)、乙二醇(Ethyleneglycol)、甘油(Glycerin)、二甲基批咯唆酮(Dimethlypyrrolidone)、丙酮(Acetone)、四氢呋喃(Tetrahydrofuran)、乙臆(Acetonitrile)、二甲基甲酸胺(Dimethylformamide)或胺(Amine)或醇(Alcohol),最后，将该溶液加热至约200°C，再经纯化后，即得到单层石墨。另外，如美国专利公开第US2010/0323113号，揭示一种石墨烯的合成方法，将一碳氢化合物保持于40°C至1000°C之间的高温，以植入碳原子至一基板中，该基板可为金属或合金。然后，随温度的降低，碳将发生沉淀而扩散出基板外，进而形成石墨烯层。此外，如美国专利技术专利公开第US2011/0102068号，揭示一种石墨烯装置及使用该石墨烯装置的方法，该石墨烯装置包括一层状结构、一第一电极、一第二电极与一掺杂物岛(Dopant island),该层状结构包括一导电层、一绝缘层及一石墨烯层，该导电层经由该绝缘层耦合至该石墨烯层，且该第一电极及该第二电极各与该石墨烯层电性耦合，该掺杂物岛耦合至该石墨烯层的一曝露表面，该曝露表面位于该第一电极与该第二电极之间，其中，该石墨烯层可使用剥离(Ex-foliation)法或化学气相沉积法制造得到。对于某些应用而言，如触控面板或发光二极管等所需的透明电极，通常要求透明电极具备特定图案或结构，而在实际制造上，一般是完成石墨烯层的制备后，再以激光蚀刻对其进行图案成形。然而对于精细度要求高的电极图案而言，使用激光蚀刻将耗费较长的工时，且其设备成本高，因此，将激光蚀刻应用于图案化石墨烯层具有低产率及高成本等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的主要目的，在于解决已知，由于是在制造完成的石墨烯层进行激光蚀刻，而具有低产率与高成本的问题。为达上述目的，本专利技术提供一种，先提供一基板，接着于该基板上形成一触媒层，然后，在该触媒层上涂布一碳层，接下来，对该碳层进行一微影蚀刻工艺，使该碳层形成一图案化碳层，最后，加热该图案化碳层至一合成温度，而得到一图案化石墨烯。为达上述目的，本专利技术还提供一种，先提供一基板，接着于该基板上形成一触媒层，然后，对该触媒层进行一微影蚀刻工艺，使该触媒层形成一图案化触媒层，接下来，在该图案化触媒层上形成一碳层，该碳层包括一覆盖在该图案化触媒层上的图案化区域与一覆盖该基板的非图案化区域，最后，加热该碳层至一合成温度，使该碳层的图案化区域形成一图案化石墨烯。为达上述目的，本专利技术还提供一种，先提供一基板，接着于该基板上形成一触媒层，然后，在该触媒层上形成一碳层，然后，加热该碳层至一合成温度，而得到一石墨烯层，最后，对该石墨烯层进行一微影蚀刻工艺，使该石墨烯层形成一图案化石墨烯。由以上可知，本专利技术 相较于现有技术可达到的有益效果在于:一、由于本专利技术通过该微影蚀刻工艺对该碳层或该石墨烯进行图案化，其蚀刻率远高于激光蚀刻，故具有高产率的优点，且适用于制作大尺寸的图案化石墨烯。二、相较于激光蚀刻，该微影蚀刻工艺所使用的设备取得容易，且购置成本较低，可降低该图案化石墨烯的制造成本。附图说明图1A至图1F为本专利技术第一实施例的制造流程示意图。图2为本专利技术第一实施例中该图案化石墨烯的俯视结构示意图。图3A至图3G为本专利技术第二实施例的制造流程示意图。图4为本专利技术第二实施例中该图案化石墨烯的俯视结构示意图。图5A至图5G为本专利技术第三实施例的制造流程示意图。图6A至图6F为本专利技术第四实施例的制造流程示意图。具体实施方式本专利技术涉及一种，请先参阅图1A至图1F，为本专利技术第一实施例的制造步骤示意图。先提供一基板10a，于本实施例中，该基板IOa为一与碳不互溶的材料，该基板IOa可为金属或陶瓷材料，例如铜、铝、二氧化硅、氧化铝或碳化硅等，本专利技术的该基板IOa并不以前述材料为限,若实质上符合不与碳形成一固溶体(Solid solution)的材料(即不与碳形成一均质相(Homogenous phase)),均能作为该基板IOa的材料。接着，如图1B所示，于该基板IOa上形成一触媒层20a,该触媒层20a可使用蒸镀(Evaporationdeposition)法或物理气相沉积(Physical vapor deposition,简称PVD)法形成在该基板IOa上，其中，该触媒层20a的材料可为铁、钴、镍、锰或前述金属的合金。然后，如图1C所示，利用一沉积工艺在该触媒层20a上形成一碳层30a，该沉积工艺可为旋转涂布(Spincoating)法、派镀(Sputtering)法或蒸镀(Evaporation deposition)法,其中，该碳层 30a可为石墨或一含碳高分子材料，该含碳高分子材料可为压克力(Acrylic，丙烯酸)树脂、酚醒(phenolic aldehyde)树脂、环氧(Epoxy)树脂或其他具有长链(Long-chain)碳或六角苯(Benzene)环的高分子材料。待该碳层30a形成于该触媒层20a上后，接着对该碳层30a进行一微影蚀刻工艺，请参阅图1D，先在该碳层30a上形成一光阻层40a，然后，对该光阻层40a依序进行一曝光步骤与一显影步骤，如图1E所示，先放置一光罩50a在该光阻层40a上方，于本实施例中，该光阻层40a使用一负光阻材料,而该光罩50a则以镂空结构限定出一透光区域52a与一非透光区域51a，其中，该光阻层40a通过该非透光区域51a而限定出至少一牺牲部分41a(图1E中该光阻层40a的虚线部分)。接下来，对该光阻层40a照射一光线，使该光阻层40a对应至该透光区域52a的部分发生化学反应而形成交联，然后再以一显影剂溶解并移除该光阻层40a未被该光线所照射的部分，即该牺牲部分41a，使该碳层30a的表面部分露出。上述该负光阻材料、该显影剂的种类选择，以及该光线的波长范围与强度大小应属本
中的常用手段，故不在此加以赘述。然后，对该碳层30a进行一蚀刻步骤，该蚀刻步骤可为化学性蚀刻或反应式离子蚀刻(Reactive ion etch,简称RIE),藉此使该碳层30a对应该牺牲部分41a的区域被去除。然后，移除该光罩50a，并使用适当的化学溶剂溶解该负光阻材料，而得到一图案化碳层31a本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图案化石墨烯制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一基板；在所述基板上形成一触媒层；在所述触媒层上形成一碳层；对所述碳层进行一微影蚀刻工艺，使所述碳层形成一图案化碳层；以及加热所述图案化碳层至一合成温度，使所述图案化碳层形成一图案化石墨烯。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：宋健民，林逸樵，林弘正，
申请(专利权)人：铼钻科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：