一種cvd沉積石墨烯膜的規(guī)模化生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及種一種CVD沉積石墨締膜的規(guī)模化生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，石墨締的制備有很多方法，包括微機(jī)械剝離法、化學(xué)剝離法、碳化娃外延生 長法、化學(xué)氣相沉積法。其中，機(jī)械剝離法過程簡單，產(chǎn)物質(zhì)量高，但只能得到極少量石墨 締，效率低、隨機(jī)性大;SiC表面外延生長法可獲得大面積的單層石墨締，且質(zhì)量較高，但該 方法生長效率低、可控性差，且生長條件苛刻，石墨締難于轉(zhuǎn)移;化學(xué)剝離法由于強(qiáng)氧化過 程的參與導(dǎo)致制備出的石墨締含有較多缺陷，導(dǎo)電性較差，并且石墨締的尺寸較小(片徑大 多在微米量級(jí)）dCVD方法具有簡單易行、所得石墨締質(zhì)量很高、可實(shí)現(xiàn)大面積生長W及較易 于轉(zhuǎn)移到各種基體上使用等優(yōu)點(diǎn)，因此該方法被廣泛用于制備石墨締晶體管和透明導(dǎo)電薄 膜，目前已逐漸成為制備高質(zhì)量石墨締的主要方法。
[0003] 隨著石墨締材料的應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展W及越來越成熟的應(yīng)用，例如：由于石墨 締電池的優(yōu)越性能，迅速推動(dòng)了電動(dòng)氣車的發(fā)展;石墨締作為半導(dǎo)體材料，越來越多的取代 了娃、錯(cuò)等材料，等等。然而，相應(yīng)的，石墨締的需求量隨著運(yùn)些產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，越來越供 不應(yīng)求，石墨締材料產(chǎn)業(yè)化發(fā)展受到產(chǎn)能不足的限制。目前，全球范圍內(nèi)，對(duì)于石墨締的生 產(chǎn)，由于其生產(chǎn)裝置和工藝條件等的約束下，無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模高效的生產(chǎn)，同時(shí)也導(dǎo)致生產(chǎn) 成本過高，又阻礙石墨締的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
[0004] 目前CVD沉積石墨締膜掛裝工藝:將單層金屬基底平鋪到耐高溫托板上，耐高溫托 板通常為石英，石墨，或碳纖維等耐高溫材料。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)因質(zhì)量和體積限制，樣品掛裝數(shù)量受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種CVD沉積石墨締膜的規(guī)模化 生產(chǎn)方法，提高了石墨締的生產(chǎn)效率和產(chǎn)能。
[0007] 本發(fā)明的目的通過W下技術(shù)方案來具體實(shí)現(xiàn)：
[000引一種CVD沉積石墨締膜的規(guī)?；a(chǎn)方法，采用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在真空狀態(tài)下 先對(duì)金屬基底進(jìn)行熱處理，通入惰性氣體和碳源氣體，碳源氣體高溫下在金屬基底表面催 化裂解，生長出石墨締，采用多層金屬基底疊加的方式規(guī)?；L，相鄰兩層金屬基底之間 用隔離層隔開。
[0009] 優(yōu)選的，所述隔離層為輕質(zhì)耐高溫隔離材料，于1050°C下物化性質(zhì)穩(wěn)定，優(yōu)選石墨 紙、碳纖維布、碳化娃纖維布，更優(yōu)選為石墨紙。
[0010] 優(yōu)選的，所述隔離層具有透氣性，優(yōu)選采用在隔離層上打孔的方式增加隔離層的 透氣性。
[0011] 優(yōu)選的，所述隔離層的面積等于或大于所隔離的相鄰金屬基底的面積，進(jìn)一步優(yōu) 選的，所述隔離層的面積大于所隔離的相鄰金屬基底的面積。
[0012] 優(yōu)選的，所述金屬基底的層數(shù)為2層W上，例如:2層、7層、13層、26層、50層、60層、 70層、80層、100層、110層、130層、160層、200層、270層、300層等;優(yōu)選10-120層，例如：10層、 15 層、20 層、25 層、30 層、35 層、40 層、45 層、50 層、55 層、60 層、65 層、70 層、75 層、80 層、85 層、90 層、95層、100層、105層、110層、115層、120層等;更優(yōu)選30-100層，例9日:30層、34層、38層、42 層、46層、53層、59層、66層、71層、77層、82層、86層、92層、95層、98層、100層等；更優(yōu)選70-100層，例如：70層、71層、72層、76層、78層、79層、80層、82層、83層、86層、87層、90層、91層、 93層、96層、97層、100層等。
[0013] 優(yōu)選的，所述金屬基底與隔離層共同置于托板上，所述托板與金屬基底之間設(shè)有 一層隔離層。其目的是避免金屬基底和托板粘連，同時(shí)避免金屬基底因受熱不均而產(chǎn)生權(quán) 皺。
[0014] 優(yōu)選的，通入惰性氣體和碳源氣體的流量比為1: (1-20)，例如：1:1; 1:1.2; 1:1.5; 1:2;1:2.5;1:3;1:4;1:5;1:6;1:7;1:8;1:9;1:10;1:12;1:13;1:15;1:18;1:20等。
[001引優(yōu)選的，所述碳源氣體采用邸4或C2出；優(yōu)選邸4。
[0016] 和/或，所述惰性氣體為不與金屬基底與碳源氣體反應(yīng)的氣體，優(yōu)選氨氣和/或氣 氣，最優(yōu)選氨氣；
[0017] 更優(yōu)選的，通入氨氣和CH4的流量比為1: 2。
[0018] 優(yōu)選的，所述金屬基底采用銅錐、儀錐或儀銅合金錐，優(yōu)選銅錐;進(jìn)一步優(yōu)選的，所 述金屬基底的面積為（20-40)cmX (30-60)cm。
[0019] 進(jìn)一步的，上述的CVD沉積石墨締膜的規(guī)?；a(chǎn)方法，具體工藝步驟如下：
[0020] 1)裝樣
[0021 ]按照上述方法將金屬基底疊放于托板上；
[0022] 2)生長
[0023] 將樣品放入工藝艙中，關(guān)閉工藝艙，抽真空至IOmTorrW下，升溫至1000°C W上;通 入氨氣退火30min;于800°C W上，再通入CH4,在氨氣與CH4的混合氣氛下生長，優(yōu)選生長時(shí)間 為60-90min;
[0024] 3)冷卻
[00巧]生長完成后，停止升溫，將生長樣品從工藝艙取出，通入流量為1000 sccm Ar降溫 30min，將生長石墨締的金屬基底從工藝艙取出；
[0026] 4)轉(zhuǎn)移、刻蝕
[0027] 將已生長石墨締的金屬基底的朝上的一面與基底粘合，再將金屬基底刻蝕掉。
[002引本發(fā)明的有益效果是：
[0029] 本發(fā)明通過隔離層的設(shè)置，不僅防止金屬基底的粘連，且不影響每層銅錐沉積高 質(zhì)量石墨締，實(shí)現(xiàn)了一片基板可裝多層的用于生長石墨締的金屬基底，從而達(dá)到同樣一個(gè) 反應(yīng)爐可應(yīng)現(xiàn)傳統(tǒng)CV的去的百倍W上的產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)?；纳a(chǎn)。
[0030] 本發(fā)明中惰性氣體、碳源氣體比例和用量較現(xiàn)有技術(shù)中有大的調(diào)整，通過對(duì)氨氣、 氣氣等和碳源氣體在狹小空間擴(kuò)散能力的差異的深入，惰性氣體和碳源氣體比例從現(xiàn)有技 術(shù)中的40:1-2:1調(diào)整為1:1-1: 20,該比例條件下，可W增加本發(fā)明疊加式規(guī)?；a(chǎn)石墨 締的效率，提高石墨締的生長質(zhì)量。
[0031] 說明書附圖
[0032] 圖I為本發(fā)明裝載單元示俯視示意圖；
[0033] 圖2為本發(fā)明裝載單元示截面示意圖；
[0034] 圖3為實(shí)施例1方法制得的石墨締沈M照片；
[0035] 圖4為實(shí)施例2方法制得的石墨締沈M照片；
[0036] 其中，1-托板，2-隔離層，3-金屬基底。
【具體實(shí)施方式】
[0037] W下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí) 施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明
[003引實(shí)施例1:
[0039] -種CVD沉積石墨締膜的規(guī)?；a(chǎn)方法，具體操作步驟如下：
[0040] 1)裝樣
[0041] 按如圖1和2所示為單獨(dú)裝載單元示意圖，隔離層2和金屬基底3交替疊加放置，即 首先在托板1上放置一層隔離層1，然后放置金屬基底2,放置方式W "隔離層化金屬基底3" 為基本單元，依次循環(huán)下去，本實(shí)施例金屬基底采用銅錐尺寸20cm*30cm，疊放至100層銅 錐；
[00創(chuàng) 2)生長
[0043] a.將樣品放入工藝艙中，關(guān)閉工藝艙，抽真空至IOmTorrW下，升溫至IOOCTC ;
[0044] b.通流量SOOsccm氨氣退火30min;
[0045] C.按出:CH4 = 500sccm: SOOsccm 的比例在 1000°C 條件下生長 60min;
[0046] 3)冷卻
[0047] 生長完成后，停止升溫，再通入流量為1000 sccm Ar降溫30min。
[0048] 4)轉(zhuǎn)移、刻蝕
[0049] 取出樣品，使用水膠將已生長石墨締的銅錐與PET等基底貼合，水膠固化后將銅錐 刻蝕。
[0050] 所制得的石墨締膜SEM照片參見圖3,從SBl照片可W看出，所得石墨締為單層結(jié) 構(gòu)，無雜質(zhì)，晶格分布均勻。抽檢最底層、頂層及中間層所得到的石墨締進(jìn)行方阻測試，結(jié)果 參見表1:
[0化1] 表1:
[0化3] 實(shí)施例2:
[0054] -種CVD沉積石墨締膜的規(guī)?；a(chǎn)方法，具體操作步驟如下：
[0化5] 1)裝樣
[0056]按如圖1和2所示為單獨(dú)裝載單元示意圖，隔離層2和金屬基底3交替疊加放置，即 首先在托板1上放置一層隔離層1，然后放置金屬基底2,放置方式W "隔離層化金屬基底3" 為基本單元，依次循環(huán)下去，本實(shí)施例金屬基底采用銅錐尺寸20cm*30cm，疊放至90層銅錐；
[0057] 2)生長
[0化引 a.將樣品放入工藝艙中，關(guān)閉工藝艙，抽真空至IOmTorrW下，升溫至IOOCTC ;
[0059] b.通流量SOOsccm氨氣退火30min;
[0060]