[发明专利]将单层石墨烯转移至柔性玻璃基板上

说明书

相关申请案

本申请根据35U.S.C.§119要求2014年12月22日提交的美国临时专利申请第62/095,270号的优先权的权益，所述临时申请的内容是本申请的基础并且以引用的方式全文并入本文。

技术领域

本文中描述了将石墨烯从成型基板转移到柔性玻璃靶材基板的改进方法。具体来说，所述方法可用于将高质量的通过化学气相沉积生长的单层石墨烯从金属(例如，铜)成型基板转移到尺寸且热稳定靶材，尺寸且热稳定靶材更广泛适用于电子元件。

背景技术

石墨烯是二维单层sp²键合碳原子，在其通过石墨烯的机械分割而实验性分离后已引起了广大注意。石墨烯独特的物理特性，例如高本征载流子迁移率(～200000cm²/Vs)、量子电子传输、可调谐的带隙、高机械强度和弹性，以及优异的热导率，使得石墨烯有望用于许多应用，包括高速晶体管、能量/热管理和化学/生物传感器。由于当前代的硅基装置在未来几年中将达到其基本最小尺寸限制，石墨烯将提供设计更小的装置的机会。由于分子级石墨烯仍保持为导电且稳定的，因此石墨烯有助于提供下一代低功率电子元件。

从首次通过机械剥离分离石墨烯起，已构想出制造石墨烯的各种方法。迄今，具有最佳电子性质的石墨烯可通过从高度有序热解石墨(HOPG)机械剥离进行合成，所述石墨烯尺寸为数十微米级。石墨烯也可利用化学还原石墨氧化物、高温退火单晶碳化硅和在金属基板上化学气相沉积(CVD)制造。所述技术已经用于展示良好质量的石墨烯晶体管。然而，唯一有望成为沉积适当高质量石墨烯的制造技术的技术为CVD，这是超大规模集成电路(VLSI)中最常用的薄膜制造技术之一。所述方法主要涉及在高温下、在低或大气压下，在过渡金属表面的含碳前驱物的吸附、分解和分凝，从而致使石墨烯合成。具体来说，近来已发展出在铜箔上大面积单层均匀沉积的石墨烯，从而允许获得高质量的材料。然而，为了充分利用石墨烯的杰出性质，合成的石墨烯必须能够从成型基板转移到各种其他靶材基板。具体来说，为了使得电流流过石墨烯装置、而非经受导电基板短路，石墨烯需要从导电结晶表面移除并转移到绝缘表面。尽管已开发出一些工艺帮助进行转移，但是目前仍需有效且高效地将石墨烯转移到靶材基板的改进工艺。

发明内容

第一方面包括形成石墨烯涂覆的玻璃的工艺，包括：a.形成干净超薄柔性玻璃基板，包括：i.将施加于超薄柔性玻璃基板；ii.将有机碱与过氧化物溶液施加于超薄柔性玻璃基板；以及iii.将酸与过氧化物溶液施加于超薄柔性玻璃基板；其中超薄柔性玻璃基板的厚度为约10微米(μm)至约300μm；b.使成型基板上的通过化学气相沉积生长的石墨烯与热释放带接触，以便形成堆叠；c.将约100至约1000psi的按压力施加至堆叠达足以使热释放带粘附到石墨烯的时间，接着将按压力移除；d.在蚀刻剂溶液中，将成型基板蚀刻掉；e.使干净超薄柔性玻璃基板与石墨烯接触，以便形成夹层，夹层包括热释放带、石墨烯和超薄柔性玻璃基板，并且将夹层放入压机中；f.将约75至约300psi的按压力施加至夹层达足以使石墨烯粘附到超薄柔性玻璃基板的时间，接着将按压力移除；g.将夹层加热至比热释放带的释放温度高约1℃至约10℃的温度达足以移除热释放带而不破坏石墨烯或超薄柔性玻璃基板或足以将石墨烯从超薄柔性玻璃基板移除的时间。在一些实施方式中，作用于堆叠的按压力为约150psi至约800psi。在一些实施方式中，作用于夹层的按压力为约100psi至约200psi。

在一些实施方式中，工艺进一步在步骤c.与d.之间包括以下步骤：使堆叠与酸接触达足以移除在成型基板上而不在堆叠内的任何石墨烯的时间，在一些实施方式中，酸为氧化酸。在一些实施方式中，酸与过氧化物或其他氧化剂结合。在一些实施方式中，酸包括硝酸、硫酸或盐酸，或者以上项的组合，并且可进一步选择性地结合过氧化物。

在一些实施方式中，工艺进一步包括另一清洁步骤，另一清洁步骤包括用一或多种有机溶剂洗涤石墨烯和超薄柔性玻璃基板，以便移除任何残留的热释放带残余物。在一些实施方式中，溶剂包括甲醇、乙醇、甲苯、苯、丙酮或以上项的组合。

在一些实施方式中，蚀刻剂包括氯化铁、过硫酸铵、硝酸铁、氯化铜、硫酸铜、盐酸、氢溴酸、硝酸、硫酸、氢氧化钠、过氧化氢、氧化铬、磷酸或以上项的组合。

在一些实施方式中，夹层被加热至比释放温度高约1℃至约5℃的温度。