單步驟制程打造圖案化石墨烯

　　伊利諾大學(xué)香檳分校(University of Illinois, Urbana-Champaign)的研究人員據(jù)稱找到一種單步驟的室溫制程，能以簡(jiǎn)單的遮光罩(shadow mask)快速為石墨烯電路制圖，并將其轉(zhuǎn)移至軟性基板上。

　　透過(guò)化學(xué)氣相沉積法(CVD)，很容易就能在銅箔上生長(zhǎng)石墨烯，但是，工程師們卻一直苦于找不到簡(jiǎn)單的方式蝕刻所需的電路圖案并將其轉(zhuǎn)移至非金屬基板。如今，伊利諾大學(xué)香檳分校(University of Illinois, Urbana-Champaign)的研究人員據(jù)稱找到一種單步驟的室溫制程，能以簡(jiǎn)單的遮光罩(shadow mask)快速為石墨烯電路制圖，并將其轉(zhuǎn)移至軟性基板上。

　　多年來(lái)，工程師已經(jīng)知道石墨烯十分易于以CVD在銅箔上沈積形成，然而，研究人員指出，他們?nèi)缘煤馁M(fèi)許多時(shí)間在矽基板上生長(zhǎng)石墨烯，才能用傳統(tǒng)技術(shù)為電路制圖。

　　以無(wú)聚合物單步驟制程在軟性基板上制造圖案化石墨烯的示意圖 (來(lái)源：伊利諾伊大學(xué)香檳分校)

　　這種室溫方法取代了在銅箔上生長(zhǎng)石墨烯的方法，改以其所宣稱的單步驟(one-step)制程蝕刻與轉(zhuǎn)移石墨烯電路至幾乎各種基板上，甚至包括未來(lái)的軟性聚合物基板。其訣竅在于切出電路圖案至一種更簡(jiǎn)單的遮光罩上。

　　“研究人員先以電腦輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟體設(shè)計(jì)出所需的微型圖案，讓商用雷射切割機(jī)連接至電腦相應(yīng)地制造出遮光罩，”伊利諾伊大學(xué)香檳分校博士候選人Keong Yong表示，“這些快速的設(shè)計(jì)反覆周期與復(fù)制圖案，則由快速運(yùn)轉(zhuǎn)的雷射切割器進(jìn)行制造，并為低成本聚合物與金屬片制圖。”Keong Yong目前是在該校教授SungWoo Nam主導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行這項(xiàng)研究。

　　一旦切割完成，遮光罩被放置在以CVD沈積石墨?的銅箔上，然后用氧等離子進(jìn)行蝕刻。接著再用層壓制程將圖案化的石墨烯移植到軟性基板上，以確保共形接觸，以便蝕刻掉銅箔。

　　“由于這種途徑易于實(shí)現(xiàn)，讓我們的方法不需要復(fù)雜的傳統(tǒng)微制造制程以及聚合物支架，大幅減少整體制造步驟與時(shí)間。”Yong說(shuō)：“更重要的是，我們所采用的無(wú)聚合物途徑還帶來(lái)了更潔凈的石墨烯。”

　　目前，以這種方法制造石墨烯晶片時(shí)，并沒(méi)有尺寸上的限制，但仍受限于遮光罩的蝕刻精密度。為了實(shí)現(xiàn)完整的矽處理，這種遮光罩制程還有很長(zhǎng)的路要走，它被限制在今日的微米級(jí)電路，而非奈米級(jí)范圍。

　　具有先進(jìn)微米級(jí)特性的各種模板光罩(上排)，以及移植至軟性Kapton薄膜的相應(yīng)石墨烯陣列圖案(下排) (來(lái)源：伊利諾伊大學(xué)香檳分校)

　　“我們已可證明這種簡(jiǎn)單途徑的能力了，它可實(shí)現(xiàn)具有不同尺寸的各種石墨烯陣列圖案，包括低至50微米的線條、字母與圓形等，”Yong表示。

　　Yong表示，接下來(lái)，研究人員的目標(biāo)在于縮小其遮光罩，以便打真正的元件，從而證實(shí)石墨烯的工作電路的確能在花幾千美元配備的實(shí)驗(yàn)室中制造，而不需要使用目前造價(jià)數(shù)十億美元的設(shè)備。

　　為這項(xiàng)研究帶來(lái)貢獻(xiàn)者還包括博士后研究員Pilgyu Kang以及畢業(yè)后目前任職于英特爾的Ali Ashraf。