[发明专利]一种提高石墨烯表面洁净度的湿法腐蚀化学转移法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高石墨烯表面洁净度的湿法腐蚀化学转移法。属于石墨烯转移技术领域。

背景技术

近年来，由于产量高，生长面积大等优点，通过化学气相沉积(CVD)在金属催化衬底上生长石墨烯的研究发展迅速，不管在Cu还是在Ni催化衬底上生长的石墨烯都需要转移到绝缘衬底上才能够实现进一步应用。目前普遍采用的转移方法为湿化学转移法，这种方法的优势是能够转移大面积完整的石墨烯，具体的操作是在石墨烯上表面旋涂一层有机胶体支撑层，当金属催化衬底被腐蚀掉后，避免了石墨烯晶筹的分裂。但是，由于现有技术的局限性，有机胶层在去除的过程中会有少量残留，这会在石墨烯表面引入表面态，影响石墨烯材料的性质。Ryu等人(Ryu,J；Kim,Y；Won,D；Kim,N；Park,JS；Lee,EK；Cho,D；Cho,SP；Kim,SJ；Ryu,GH.ACS Nano,2014,8(1),pp950–956)采用的干法转移技术是目前转移大面积石墨烯应用较多的卷到卷转移方法，虽然这种方法避免了旋涂有机胶体，一定程度上解决了有机胶体残留的问题，但是这种方法只能实现将石墨烯转移到柔性衬底上，并不适合刚性衬底的转移。本发明拟采用的沉积薄层金属的转移工艺既解决了有机胶体残留的问题，也不需要限定转移目标衬底的种类。从而引导出本发明的构思，以克服现有技术存在的不足。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种提高石墨烯表面洁净度的湿化学转移法，用于解决现有技术中有机胶体残留在石墨烯表面引入表面态的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种提高石墨烯表面洁净度的湿化学转移法，所述方法至少包含以下几个步骤：

(1)先在金属催化衬底和石墨烯的结合体上沉积一层金属，然后再在金属上表面涂一层有机胶体，然后将形成的有机胶体/表面沉积金属层/石墨烯/金属催化衬底放到腐蚀液中，有机胶体面向上，待金属催化衬底完全腐蚀掉后，将得到有机胶体、表面沉积金属和石墨烯的结合体，再通过转移工艺将三者的结合体转移到目标衬底上并去除有机胶体；

(2)将得到的金属和石墨烯的结合体再次放到腐蚀液中，待表面沉积金属被去除，即得到转移好的石墨烯。

步骤(1)中所述的石墨烯为连续膜或单晶。

步骤(1)中所述的沉积的金属厚度为10nm-1000nm，所沉积的金属为Al、Zn、Fe、Co、Ni、Mo或Cu中的一种或几种金属的合金。理论上这7种金属或其合金均可，但优先推荐Al膜厚度为30-100nm，更进一步特征为30nm。

步骤1中所述的有机胶体为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，其厚度为100-500nm，优先推荐厚度为150-250nm。

所述步骤(1)(2)中腐蚀沉积金属的腐蚀液为HNO₃、H₂SO₄、HCl、CuSO₄、FeCl₃、Fe(NO₃)₃或(NH₄)₂S₂O₈中的一种。

更进一步特征在于：

①步骤(1)或(2)腐蚀液为不同种腐蚀液或同种腐蚀液。

②腐蚀时结合体中有机胶体面向上，待金属催化衬底完全腐蚀后，再将有机胶体/表面沉积金属层/石墨烯的结合体转移到Si/SiO₂目标衬底上。

③有机胶体PMMA的除去工艺师将PMMA/表面沉积金属层/石墨烯/Si/SiO₂结合体浸没到40-70℃丙酮溶液中1-3小时。

④表面沉积金属层厚度为30-100nm。

⑤有机胶体PMMA的厚度为200nm。

⑥所述的结合体浸没的丙酮溶液温度为50℃，时间为2小时。

所述步骤(1)(2)中通过腐蚀液腐蚀金属来分离石墨烯和金属也可以通过电化学鼓泡(Libo Gao,Wencai Ren,Huilong Xu,Li Jin,Zhenxing Wang,Teng Ma,Lai-Peng Ma,Zhiyong Zhang,Qiang Fu,Lian-Mao Peng,Xinhe Bao&Hui-Ming Cheng.Naturecommuni-cations|3:699|DOI:10.1038/ncomms1702)转移法来实现，这种转移法对金属衬底无破坏作用。