一種圖案化石墨烯制作方法、陣列基板以及顯示裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明實(shí)施例提供了一種圖案化石墨烯制作方法、陣列基板以及顯示裝置，屬于電極材料領(lǐng)域，以解決光刻法制作圖案化石墨烯時(shí)方阻變化較大的問(wèn)題。所述圖案化石墨烯制作方法，包括：將圖案化石墨烯置于酸性刻蝕液中浸泡，以降低所述圖案化石墨烯的方阻。本發(fā)明可用于光刻法制作圖案化石墨烯的方法中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種圖案化石墨烯制作方法、陣列基板以及顯示裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電極材料領(lǐng)域，尤其涉及一種圖案化石墨烯制作方法、陣列基板以及 顯示裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 石墨烯是一種由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)新材料。理論發(fā) 現(xiàn)：石墨烯具有200,OOOcmVvs的遷移率，比硅高出100倍，其導(dǎo)電性可與銅相媲美，光透 射率可達(dá)97. 7%，遠(yuǎn)高于導(dǎo)電薄膜，同時(shí)石墨烯具有高柔性，不僅可作為現(xiàn)有材料的替代材 料，也可應(yīng)用于次世代晶體管以及電極元件的材料，因此備受矚目。
[0003] 現(xiàn)有的對(duì)石墨烯進(jìn)行圖案化的方法大致分為兩種，一種為光刻法，另一種為激光 直寫(xiě)法。相比于光刻法，采用激光直寫(xiě)的方式對(duì)石墨烯圖案化具有以下優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、全 程無(wú)需化學(xué)耗材、且在進(jìn)行圖案化的過(guò)程中由于未引入其它試劑，使得石墨烯膜層中的摻 雜基團(tuán)不會(huì)與之反應(yīng)而導(dǎo)致石墨烯方阻發(fā)生變化，但該方法制作得到的圖案化石墨烯由于 不夠精細(xì)化、且生產(chǎn)周期較長(zhǎng)、生產(chǎn)效率遠(yuǎn)不及光刻法，無(wú)法進(jìn)行大批量生產(chǎn)的劣勢(shì)，使得 現(xiàn)階段只能采用光刻法對(duì)石墨烯進(jìn)行圖案化。
[0004] 但在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在利用光刻法對(duì)石墨烯進(jìn)行圖案化的過(guò)程中所使用 的顯影液、剝離液都會(huì)使制作得到的石墨烯膜方阻顯著增加，使其不能滿足于實(shí)際需求。所 以，如何獲得低石墨烯薄膜方阻將是本領(lǐng)域技術(shù)人員所面臨的重要課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種圖案化石墨烯制作方法、陣列基板以及顯示裝置，以解 決光刻法制作圖案化石墨烯時(shí)方阻變化較大的問(wèn)題。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種圖案化石墨烯制作方法，包括：
[0008] 將圖案化石墨烯置于酸性刻蝕液中浸泡，以降低浸泡后的所述圖案化石墨烯的方 阻。
[0009] 可選的，所述浸泡后的所述圖案化石墨烯的方阻 < 石墨烯的初始方阻。
[0010] 可選的，所述酸性刻蝕液的pH為1-3。
[0011] 可選的，將所述圖案化石墨烯置于酸性刻蝕液中浸泡100-140秒。
[0012] 可選的，所述酸性刻蝕液包括重金屬無(wú)機(jī)酸類(lèi)和非金屬無(wú)機(jī)酸類(lèi)中的一種或多 種。
[0013] 進(jìn)一步的，所述重金屬無(wú)機(jī)酸類(lèi)包括氯金酸和氯鉬酸中的一種或多種。
[0014] 進(jìn)一步的，所述非金屬無(wú)機(jī)酸類(lèi)包括硝酸、磷酸和硫酸中的一種或多種。
[0015] 可選的，在所述將圖案化石墨烯置于酸性刻蝕液中浸泡之前，還包括：
[0016] 對(duì)貼服有石墨烯的玻璃基底進(jìn)行光刻工藝，以在所述玻璃基底上形成有光刻膠圖 案；
[0017] 對(duì)所述形成有光刻膠圖案的玻璃基底進(jìn)行干法刻蝕，以除去未被光刻膠圖案覆蓋 的石墨??；
[0018] 待干法刻蝕完畢后，剝離除去玻璃基底上的光刻膠，以得到所述圖案化石墨烯。
[0019] 可選的，所述石墨稀為雙層石墨稀或二層石墨稀。
[0020] 可選的，所述石墨烯為摻雜石墨烯或未摻雜石墨烯。
[0021] 可選的，在所述對(duì)貼服有石墨烯的玻璃基板進(jìn)行光刻工藝之前，還進(jìn)一步包括：
[0022] 將所述石墨烯轉(zhuǎn)移至聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膜上，然后用高溫膠帶將其貼服在玻 璃基底上。
[0023] -種陣列基板，包括由上述技術(shù)方案制作得到的圖案化石墨烯。一種顯示裝置，包 括由上述技術(shù)方案提供的陣列基板。
[0024] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種圖案化石墨烯的制作方法、陣列基板以及顯示裝置，該 方法利用酸性刻蝕液對(duì)圖案化石墨烯進(jìn)行浸泡，使刻蝕液中的酸根離子與石墨烯膜層中的 摻雜離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以在石墨烯膜層表面重新?lián)诫s有電性活潑的金屬離子基團(tuán)，從而 使石墨烯膜層表面的電化學(xué)活性變得活潑，這不僅可顯著降低光刻法圖案化后石墨烯的方 阻，還可獲得精細(xì)化的圖案化石墨烯，為石墨烯的量產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的圖案化石墨烯制作方法的流程圖；
[0026] 圖2為現(xiàn)有激光直寫(xiě)法與本發(fā)明所提供的方法就相同石墨烯原料在不同線寬下 進(jìn)行圖案化所得到的對(duì)比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描 述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明 保護(hù)的范圍。
[0028] 下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的圖案化石墨烯制作方法、陣列基板以及顯示裝置進(jìn)行 詳細(xì)描述。
[0029] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種圖案化石墨烯制作方法，包括：將圖案化石墨烯置于酸 性刻蝕液中浸泡，以降低浸泡后的所述圖案化石墨烯的方阻。
[0030] 單層石墨烯由于方阻較大，不能夠滿足于實(shí)際需求，所以通常情況下所獲取的石 墨烯多為在單層石墨烯摻雜后，再沉積第二層或更多層的石墨烯。在本方法中，以雙層石 墨烯為例進(jìn)行說(shuō)明，但可以理解的是，本發(fā)明所使用的石墨烯并不局限于雙層，還可以為多 層，例如三層，對(duì)于該部分內(nèi)容將在以下實(shí)施例中詳細(xì)說(shuō)明。
[0031] 本實(shí)施例所用的石墨烯為摻雜石墨烯，其在光刻法圖案過(guò)程中先后經(jīng)過(guò)曝光、顯 影、刻蝕、剝離等步驟后，由于顯影液、剝離液的作用使得石墨烯膜層的方阻有所增加，致使 通過(guò)常規(guī)光刻法得到的圖案化石墨烯方阻較大，不能用于實(shí)際生產(chǎn)中。所以，在上述步驟后 繼續(xù)利用酸性刻蝕液對(duì)圖案化石墨烯進(jìn)行浸泡，通過(guò)刻蝕液中的酸根離子與石墨烯膜層中 的摻雜離子發(fā)生絡(luò)合、交換等化學(xué)反應(yīng)，在石墨烯膜層表面重新?lián)诫s有電性活潑的金屬離 子基團(tuán)，使得石墨烯膜層表面的電化學(xué)活性變得活潑，從而降低光刻法圖案化石墨烯的方 阻。
[0032] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種圖案化石墨烯制作方法，該方法利用酸性刻蝕液對(duì)圖案 化石墨烯浸泡，使刻蝕液中的酸根離子與石墨烯膜層中的摻雜離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在石墨 烯膜層表面重新?lián)诫s有電性活潑的金屬離子基團(tuán)，使得石墨烯膜層表面的電化學(xué)活性變得 活潑，這不僅可顯著降低光刻法圖案化后石墨烯的方阻，還可獲得精細(xì)化的圖案化石墨烯， 為石墨烯的量產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
[0033] 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述浸泡后的所述圖案化石墨烯的方阻 < 石墨烯的初 始方阻。其中，石墨烯的初始方阻為原材料石墨烯的原有方阻（在本實(shí)施例中指所使用的 未開(kāi)始參與反應(yīng)的雙層石墨烯的方阻）。通過(guò)酸性刻蝕液的浸泡可將制作得到的圖案化石 墨烯的方阻恢復(fù)到石墨烯的原有方阻或比其更小，從而更好地提高的圖案化石墨烯的導(dǎo)電 性。
[0034] 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述酸性刻蝕液的pH為1-3。在本實(shí)施例中，浸泡步 驟中所使用的刻蝕液整體呈酸性，該酸性應(yīng)大體保持為強(qiáng)酸性，約為1-3左右，在實(shí)際生產(chǎn) 中，雖然在浸泡時(shí)，刻蝕液與石墨烯發(fā)生反應(yīng)會(huì)不斷降低刻蝕液的PH，但不應(yīng)脫離上述pH 范圍，以避免酸性不及而影響刻蝕液中的酸根離子與石墨烯膜層中的摻雜離子發(fā)生反應(yīng)， 從而影響浸泡后得到的圖案化石墨烯的方阻。
[0035] 在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，將所述圖案化石墨烯置于酸性刻蝕液中浸泡100-140 秒。在本實(shí)施例中，利于酸性刻蝕液對(duì)圖案化石墨烯浸泡100-140秒即可與圖案化石墨烯 反應(yīng)完全，在該過(guò)程中，由于向圖案化石墨烯中摻雜了金屬離子基團(tuán)，相當(dāng)于對(duì)圖案化石墨 烯進(jìn)行二次摻雜，使得石墨烯膜層表面的電化學(xué)活性變得活潑，從而降低光刻法圖案化石 墨烯的方阻。同時(shí)，在實(shí)際生產(chǎn)中，浸泡步驟中大致需經(jīng)過(guò)4-5個(gè)酸性浸泡單元，而經(jīng)過(guò)上 述酸性刻蝕單元大概也需要100-140秒，進(jìn)一步，優(yōu)選浸泡140秒，這也正好與圖案化石墨 烯和酸性刻蝕液反應(yīng)完全所需的時(shí)間大體一致，從而為石墨烯的量產(chǎn)進(jìn)一步奠定基礎(chǔ)。
[0036] 在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例中，所述酸性刻蝕液可包括重金屬無(wú)機(jī)酸類(lèi)和非金屬無(wú) 機(jī)酸類(lèi)中的一種或多種。酸性刻蝕液中可包含有多種酸性物質(zhì)，以為浸泡步驟提供良好的 摻雜環(huán)境，進(jìn)一步為光刻法圖案化后再進(jìn)行摻雜提供有利條件。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所 述重金屬無(wú)機(jī)酸類(lèi)可包括氯金酸和氯鉬酸中的一種或多種；在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述 非金屬無(wú)機(jī)酸類(lèi)可包括硝酸、磷酸和硫酸中的一種或多種；進(jìn)一步的，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施 例中，所述非金屬無(wú)機(jī)酸為硝酸和磷酸的混合液，從而可更好地為與圖案化石墨烯發(fā)生化 學(xué)反應(yīng)提供有利條件。可以理解的是，有關(guān)酸性刻蝕液中所包含的酸性物質(zhì)并不僅限于上 述所列舉的種類(lèi)，還可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的其它酸性物質(zhì)，上述所列舉的種類(lèi)僅為 其中較為常用且重要的種類(lèi)。
[0037] 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，如圖1所示，在所述將圖案化石墨烯置于酸性刻蝕液 中浸泡之前，還可包括：對(duì)貼服有石墨烯的玻璃基底進(jìn)行光刻工藝，以在所述玻璃基底上形 成有光刻膠圖案；對(duì)所述形成有光刻膠圖案的玻璃基底進(jìn)行干法刻蝕，以除去未被光刻膠 圖案覆蓋的石墨烯；待干法刻蝕完畢后，剝離除去玻璃基底上的光刻膠，以得到所述圖案化 石墨烯。在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例中，在所述對(duì)貼服有石墨烯的玻璃基板進(jìn)行光刻工藝之 前，還可包括：將所述石墨烯轉(zhuǎn)移至聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膜（PET)上，然后用高溫膠帶將 其貼服在玻璃基底上?？梢岳斫獾氖?，有關(guān)利用光刻法對(duì)石墨烯進(jìn)行圖案化的方法為本領(lǐng) 域技術(shù)人員所理解的常規(guī)方法，此處不再詳述，當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可對(duì)上述常規(guī)光刻 法進(jìn)行變型，利用由變型得到的光刻法對(duì)石墨烯進(jìn)行圖案化也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0038] 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述石墨烯可為雙層石墨烯或三層石墨烯。這里需要 說(shuō)明的是，單層石墨烯的方阻較大，不利于實(shí)際需求，而多層（三層以上）石墨烯又由于在 成膜時(shí)多會(huì)出現(xiàn)工藝不良，所以在本發(fā)明實(shí)施例中多使用雙層石墨烯或三層石墨烯。其中， 由于雙層石墨烯的方阻更能滿足實(shí)際需求，且成膜過(guò)程相比三層石墨烯工序較為簡(jiǎn)單，所 以在本實(shí)施例中優(yōu)選使用雙層石墨烯。
[0039] 在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例中，所述石墨烯為摻雜石墨烯或未摻雜石墨烯。在本實(shí) 施例中所使用的石墨烯為摻雜石墨烯，由于單層石墨烯方阻較大，為了降低其方阻，所以獲 取得到的石墨烯多已被一次摻雜。但這里需要著重說(shuō)明的是，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述石墨 烯還可為未摻雜石墨烯，這主要是因?yàn)槭┰诔赡ず髶诫s周期較長(zhǎng)，對(duì)未摻雜石墨烯直 接進(jìn)行光刻法圖案化后再用本發(fā)明所提供的方法進(jìn)行摻雜，不僅能夠降低石墨烯的方阻， 還可減少石墨烯成膜后的摻雜步驟，減少成膜周期，節(jié)省生產(chǎn)成本。
[0040] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種陣列基板，包括由上述實(shí)施例所提供的制作方法制作 得到的圖案化石墨烯。由于該圖案化石墨烯的圖案化精細(xì)，且在經(jīng)酸性刻蝕液浸泡后，方阻 還得到了顯著地降低，所以在將其應(yīng)用到本發(fā)明實(shí)施例所提供的陣列基板中時(shí)，可進(jìn)一步 有效提_陣列基板的性能。
[0041] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種顯示裝置，包括由上述實(shí)施例所提供的陣列基板。在 該顯示裝置中包括有設(shè)置了本發(fā)明實(shí)施例所提供的圖案化石墨烯的陣列基板。由于該圖案 化石墨烯的圖案化精細(xì)，且在經(jīng)酸性刻蝕液浸泡后，方阻還得到了顯著地降低，在將其應(yīng)用 到本發(fā)明實(shí)施例所提供的顯示裝置中時(shí)，可進(jìn)一步有效提高顯示裝置的性能。
[0042] 下面將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0043] 首先，將石墨烯轉(zhuǎn)移至PET膜上，然后用高溫膠帶將其貼服在玻璃基底上；
[0044] 然后，分別測(cè)試貼服完畢的石墨烯膜層在僅進(jìn)行顯影工藝和僅進(jìn)行剝離（strip) 工藝后的石墨烯膜方阻變化。
[0045] 在該步驟后，在僅進(jìn)行顯影工藝后測(cè)得石墨烯膜層方阻變化< 200Q/ □，符合石 墨烯膜方阻變化性質(zhì)；在僅進(jìn)行strip工藝后測(cè)得石墨烯膜方阻變化較大，由200Q/ □變 化為 1800Q/ □。
[0046] 由此分析strip工藝為石墨烯方阻變化的主要因素，其中，strip液與石墨烯的反 應(yīng)機(jī)理如下：
[0047]Strip液組成成分為羥乙基哌嗪（a)、二乙二醇丁醚（b)、N_甲基甲酰胺（c)，其化 學(xué)結(jié)構(gòu)分別為：
[0048]

【權(quán)利要求】
1. 一種圖案化石墨烯制作方法，其特征在于，包括： 將圖案化石墨烯置于酸性刻蝕液中浸泡，以降低浸泡后的所述圖案化石墨烯的方阻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸泡后的所述圖案化石墨烯的方阻 <石墨烯的初始方阻。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性刻蝕液的pH為1-3。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將所述圖案化石墨烯置于酸性刻蝕液中 浸泡100-140秒。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性刻蝕液包括重金屬無(wú)機(jī)酸類(lèi)和 非金屬無(wú)機(jī)酸類(lèi)中的一種或多種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述重金屬無(wú)機(jī)酸類(lèi)包括氯金酸和氯鉬 酸中的一種或多種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述非金屬無(wú)機(jī)酸類(lèi)包括硝酸、磷酸和硫 酸中的一種或多種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述將圖案化石墨烯置于酸性刻蝕液 中浸泡之前，還包括： 對(duì)貼服有石墨烯的玻璃基底進(jìn)行光刻工藝，以在所述玻璃基底上形成有光刻膠圖案； 對(duì)所述形成有光刻膠圖案的玻璃基底進(jìn)行干法刻蝕，以除去未被光刻膠圖案覆蓋的石 墨烯； 待干法刻蝕完畢后，剝離除去玻璃基底上的光刻膠，以得到所述圖案化石墨烯。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述石墨烯為雙層石墨烯或三層石墨烯。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述石墨烯為摻雜石墨烯或未摻雜石墨 烯。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所述對(duì)貼服有石墨烯的玻璃基板進(jìn)行 光刻工藝之前，還包括： 將所述石墨烯轉(zhuǎn)移至聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膜上，然后用高溫膠帶將其貼服在玻璃基 底上。
12. -種陣列基板，其特征在于，包括如權(quán)利1-11任一項(xiàng)所述方法制作得到的圖案化 石墨烯。
13. -種顯示裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求12所述的陣列基板。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK104332390SQ201410433335
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】呂志軍, 石岳, 邸云萍, 惠官寶 申請(qǐng)人:京東方科技集團(tuán)股份有限公司