一種無損、無污染的納米碳質薄膜的圖形化方法技術

本發明專利技術涉及一種無損、無污染的納米碳質薄膜的圖形化方法，屬于電子器件制備領域。該方法預先在基體材料上制備單、雙層金屬或金屬擔載陶瓷薄膜的圖形，然后在該預圖形化的基體上沉積納米碳質薄膜，最后利用濕法刻蝕去除預制的單層金屬圖形直接剝離附著在其表面的納米碳質薄膜，或通過底層金屬的刻蝕在剝離其擔載的金屬或陶瓷薄膜的同時去除附著于預制圖形表面的納米碳質材料，保留與基體直接接觸的薄膜形成相應的圖形，從而實現了納米碳質薄膜的圖形化。由于工藝中碳質薄膜與光刻膠及等離子體無直接接觸，從而避免了對所制備圖形的污染和損傷。圖形化的碳質薄膜可用于顯示器透明電極、薄膜場效應晶體管等。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電子器件制備領域，具體涉及ー種無損、無污染的納米碳質薄膜的圖形化方法。本專利技術適用于制備基于納米碳質薄膜的顯示及電子器件。
技術介紹
納米碳質材料(碳納米管和石墨烯等)以其獨特的結構和性能，備受研究者的青睞。基于納米碳質薄膜所制備的透明電極表現出優異的透明導電特性，尤其是沉積在柔性聚合物基底上的透明電極表現出很好的抗彎折性能，有效地克服了傳統氧化銦錫透明電極存在的一些問題，如銦資源短缺、柔韌性差等；此外，基于碳納米管薄膜的場效應晶體管具有高的載流子遷移率和開關比，也使其在電子器件領域具有廣闊的應用前景。在電子器件制備領域，圖形化是實現納米碳質薄膜應用的一個關鍵步驟。目前，薄·膜的圖形化主要選用傳統的光刻配合氧等離子體刻蝕エ藝。但由于納米碳質材料的強表面吸附能力，使其在光刻過程中表面不可避免地會吸附光刻膠，并難以去除；而在隨后的等離子體刻蝕中，等離子體的轟擊易使納米碳質材料產生結構損傷，從而破壞納米碳質材料的結構。即傳統的方法會給納米碳質薄膜的圖形引入光刻膠污染和結構破壞，從而導致納米碳質薄膜圖形的導電性降低，限制了其在電子器件領域中的應用。例如，利用該方法圖形化的碳納米管薄膜制備的場效應晶體管，由于電學性能的降低，產生了明顯的開關延遲，從而降低了晶體管的半導體特性。因此，迫切需要開發ー種無損、無污染的納米碳質薄膜圖形化方法。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提供。該方法制備的薄膜圖形，有效地避免了光刻膠的污染及等離子體刻蝕對納米碳質材料結構的損傷，所制備圖形更好地保持了原有薄膜的電學性能。本專利技術是通過以下技術方案實現的，其步驟如下(I)預先在基體材料上制得單、雙層金屬或金屬擔載陶瓷的薄膜圖形；(2)采用提拉、噴涂或薄膜轉移的方法在預制圖形的基體上沉積納米碳質薄膜，其后將薄膜在50 120°C下加熱處理I 5小吋，以增加薄膜與基體的結合強度，薄膜厚度為2 200nm ；(3)將沉積在單、雙層金屬或金屬擔載陶瓷薄膜圖形上的納米碳質薄膜浸泡在薄膜圖形中與基體接觸的金屬相應的金屬刻蝕液中；其中，預制單層金屬薄膜的圖形在刻蝕液中金屬薄膜被刻蝕，同時附著于其上的納米碳質薄膜也被去除；預制雙層金屬或金屬擔載陶瓷薄膜的圖形其底層金屬在刻蝕液中被刻蝕，擔載在底層金屬薄膜上的金屬或陶瓷層不被刻蝕，而是隨著底層金屬的刻蝕被整體剝離，而附著于其上的納米碳質材料也同時被去除，保留了附著于基體表面的納米碳質材料，形成圖形。所述單、雙層金屬或金屬擔載陶瓷的薄膜圖形采用光刻及等離子體刻蝕，或光刻及剝離技術制得。預制單、雙層金屬或金屬擔載陶瓷時，借助超聲輔助去除附著于金屬或陶瓷表面的納米碳質薄膜，超聲功率為50W 600W(優選為100W 400W)，超聲時間為5s IOmin (優選為IOs 5min);預制金屬擔載金屬或陶瓷的雙層的圖形時,也可在無超聲輔助的條件下實現剝離。所述單層金屬材料為鎂、鋁、鐵或銅可以被濕法刻蝕的金屬，金屬圖形的厚度為所制備納米碳質薄膜厚度的I 10倍；所述的雙層金屬或金屬擔載陶瓷薄膜中，底層金屬薄膜為鎂、鋁或鐵容易被濕法刻蝕的金屬，其厚度為碳質薄膜的0. 5 5倍，擔載薄膜為不易被刻蝕的銅、ニ氧化硅或氧化鋁，其厚度為碳質薄膜的I 5倍。 所述納米碳質材料包括單壁碳納米管、少壁碳納米管或石墨烯及氧化石墨烯。所述基體包括硅片、玻璃、聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)、聚醚酰亞胺(PEI)或聚酰亞胺(PD。所述納米碳質薄膜的制備方法包括浸潰提拉法、噴涂法、過濾轉移法、干法轉移法或旋涂法。所述金屬刻蝕液包括酸(硝酸、鹽酸、硫酸或醋酸)、強堿(氫氧化鉀或氫氧化鈉)或高還原電位的金屬鹽溶液(氯化鐵)。本專利技術針對傳統的光刻配合氧等離子體刻蝕的圖形化方法存在的問題，采用預先在基體材料上制備單、雙層金屬或金屬擔載陶瓷薄膜圖形，然后在該基體材料上沉積納米碳質薄膜，最后利用濕法刻蝕去除預制的圖形的同時去除其上附著的納米碳質材料，從而實現對納米碳質薄膜的圖形化。由于エ藝中碳質薄膜與光刻膠及等離子體無直接接觸，從而避免了對所制備圖形的污染和損傷。該方法所獲得圖形形貌干凈，無光刻膠污染，且該方法制備的碳納米管薄膜圖形可很好地保持納米碳質材料的結構。所得的納米碳質薄膜圖形電導率保持率大于90%，圖形精度小于2 u m。與現有技術相比，本專利技術具有以下顯著的優點I.本專利技術提出了ー種剝離單、雙層金屬或金屬擔載陶瓷薄膜的中間層以獲得納米碳質薄膜的圖形化方法，采用該方法制備的薄膜圖形有效地避免了光刻膠的污染及等離子體處理對納米碳質材料結構的損傷。所制備的薄膜圖形更好地保留了原有薄膜的電學性倉^:。2.本專利技術提出的圖形化工藝與現有集成電路エ藝兼容，エ藝可重復性好，可實現批量納米碳質薄膜的高質量圖形化。附圖說明圖I為本專利技術圖形化方法的エ藝流程圖；圖中1是基體，2是納米碳質薄膜，3是光刻膠，4是預制薄膜材料。圖2為本專利技術所制備的碳納米管薄膜圖形的掃描電鏡照片；其中(a)是碳納米管薄膜圖形化后形成的回形導電線路；(b)是碳納米管薄膜圖形化后形成的方形矩陣。圖3為本專利技術圖形化的碳納米管薄膜的掃描電鏡照片(a)及拉曼光譜(b)分析。圖4為本專利技術圖形化前(a)和圖形化后(b)碳納米管薄膜的電學性能隨透光率變化的曲線圖。具體實施例方式本專利技術提供，其エ藝流程如圖I所示。為避免光刻膠3對納米碳質薄膜2的污染，本專利技術采用光刻及等離子體刻蝕，或光刻及剝離技術使用預制薄膜材料4預先在基體I上制得單、雙層金屬或金屬擔載陶瓷的薄膜圖形，為了在后續エ藝中實現對納米碳質薄膜的有效圖形化，預制圖形厚度為納米碳質薄膜厚度的I 10倍。采用提拉、噴涂或薄膜轉移等方法在預制圖形的基體上沉積納米碳質薄膜2，為增加薄膜與基體的結合強度，薄膜在50 120°C下加熱處理I 5小吋。基于不同的應用目的，薄膜厚度為2 200nm。為避免等離子體刻蝕對納米碳質材料的損傷，本專利技術采用剝離預制單、雙層金屬或金屬擔載陶瓷薄膜圖形的方法得到納米碳質薄膜的圖形。將沉積在單、雙層金屬或金屬 擔載陶瓷薄膜圖形上的納米碳質薄膜浸泡在相應金屬的刻蝕溶液中，去除附著在預制圖形上的納米碳質材料，而附著在裸露基體表面的納米碳質材料被保留，從而形成圖形。如預制單層金屬圖形，去除時則借助超聲處理，其功率為50W 600W(優選為100W 400W)，超聲時間為5s IOmin (優選為IOs 5min),如預制金屬擔載金屬或陶瓷的雙層的圖形時，則也可在無超聲輔助的條件下實現剝離。其中與基體接觸的底層金屬薄膜在刻蝕液中被刻蝕，擔載在金屬薄膜上的金屬或陶瓷不被刻蝕，而隨著底層金屬的刻蝕被整體剝離，起到切割碳質薄膜的作用，使附著其上的納米碳質材料也同時被去除，保留了附著于基體表面的納米碳質材料，形成圖形。下面結合實施例對本專利技術做進ー步描述。實施例I在PET基體上旋涂光刻膠，在紫外光下曝光，并在0.6wt% NaOH水溶液中顯影，完成光刻。將光刻后的PET基體上沉積IOOnm鋁層，然后置于丙酮中去除曝光的光刻膠并剝離附著于其表面的鋁層，得到鍍有鋁金屬圖形的PET基體，再用氧等離子體處理基體3分鐘，以清除殘余光刻膠并提高PET基體的潤濕性。采用提拉法，將預制有鋁金屬圖形的PET基體浸沒于單壁碳納米管分本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無損、無污染的納米碳質薄膜的圖形化方法，其特征在于，步驟如下：(1)預先在基體材料上制得單、雙層金屬或金屬擔載陶瓷的薄膜圖形；(2)采用提拉、噴涂或薄膜轉移的方法在預制圖形的基體上沉積納米碳質薄膜，其后將薄膜在50～120℃下加熱處理1～5小時，以增加薄膜與基體的結合強度，薄膜厚度為2～200nm；(3)將沉積在單、雙層金屬或金屬擔載陶瓷薄膜圖形上的納米碳質薄膜浸泡在薄膜圖形中與基體接觸的金屬相應的金屬刻蝕液中；其中，預制單層金屬薄膜的圖形在刻蝕液中金屬薄膜被刻蝕，同時附著于其上的納米碳質薄膜也被去除；預制雙層金屬或金屬擔載陶瓷薄膜的圖形其底層金屬在刻蝕液中被刻蝕，擔載在底層金屬薄膜上的金屬或陶瓷層不被刻蝕，而是隨著底層金屬的刻蝕被整體剝離，而附著于其上的納米碳質材料也同時被去除，保留了附著于基體表面的納米碳質材料，形成圖形；預制單、雙層金屬或金屬擔載陶瓷時，借助超聲輔助去除附著于金屬或陶瓷表面的納米碳質薄膜，超聲功率為50W～600W，超聲時間為5s～10min；預制金屬擔載金屬或陶瓷的雙層的圖形時，也可在無超聲輔助的條件下實現剝離。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：杜金紅，蘇陽，馬來鵬，裴嵩峰，劉文彬，劉暢，成會明，
申請(專利權)人：中國科學院金屬研究所，
類型：發明
國別省市：