一種基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法技術

本發明專利技術提供一種基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法，包括步驟：步驟1），提供制備石墨烯用的銅襯底；步驟2），將所述銅襯底置于有氧環境中處理，使所述銅襯底表面氧化，形成氧化層；以及步驟3），去所述銅除襯底表面的氧化層，得到清潔的銅襯底表面。本發明專利技術通過氧化石墨烯生長用銅襯底，使得襯底表面層氧化并從襯底脫落，獲得適宜高質量石墨烯制備的清潔銅表面，該方法獲得的銅襯底可明顯降低成核密度，減少石墨烯中的缺陷。本發明專利技術的方法重復性高、簡單易行，并且可控性強，適合工業化應用的批量化處理。

Method for preparing copper substrate based on dry cleaning process

The present invention provides a method comprising the steps, the dry cleaning process for preparing copper substrate based on step 1), provides the preparation of graphene with copper substrate; step 2), the copper substrate in a processing oxygen environment, the surface oxidation of the copper substrate, an oxide layer is formed; and steps 3), to the copper oxide layer in the surface of the substrate, the surface of copper substrate cleaning. The graphene oxide growth with copper substrate, the substrate surface oxide layer from the substrate and get off, suitable for high quality graphene prepared clean copper surface, copper substrate obtained by the method can significantly reduce the nucleation density, reducing defects in graphene. The method of the invention has high repeatability, simple operation and strong controllability, and is suitable for batch processing in industrial application.

【技術實現步驟摘要】
一種基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法
本專利技術屬石墨烯制備領域，特別是涉及一種基于干法清洗工藝制備CVD石墨烯銅襯底的方法。
技術介紹
石墨烯具有非同尋常的導電性能、超出鋼鐵數十倍的強度和極好的透光性，它的出現有望在現代電子科技領域引發一輪革命。在石墨烯中，電子能夠極為高效地遷移，而傳統的半導體和導體，例如硅和銅遠沒有石墨烯表現得好。由于電子和原子的碰撞，傳統的半導體和導體用熱的形式釋放了一些能量，一般的電腦芯片以這種方式浪費了72％-81％的電能，石墨烯則不同，它的電子能量不會被損耗，這使它具有了非比尋常的優良特性。近幾年，石墨烯以其獨特的性能和廣泛的應用前景引起了巨大的關注。在石墨烯諸多的制備方法中，金屬襯底上CVD法適于制備高質量大面積石墨烯，其中，銅作為襯底最適于制備高質量單層石墨烯。研究證明，銅的表面質量對石墨烯的生長有重要影響，銅表面的缺陷和雜質不僅可以增加石墨烯的成核密度，而且還會引入更多的缺陷，容易使石墨烯在降溫過程中出現刻蝕的現象。因此，清潔、平整的襯底表面是制備高質量石墨烯的基礎。通常的銅襯底清洗方法是先用酸堿、有機試劑去除表面污染，再用去離子水沖洗去除殘留的試劑。另外，拋光被發現是獲得清潔、平整襯底表面的有效方法，拋光處理襯底可有效降低石墨烯晶疇的成核密度，并且減少石墨烯中的點狀缺陷。傳統的清洗方法和拋光都需要各種試劑和大量的去離子水，且過程比較復雜，費時費力。鑒于以上所述，提供一種工藝簡單、無需任何試劑的干法清洗銅襯底的方法實屬必要。
技術實現思路
鑒于以上所述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供一種基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法，用于解決現有技術中銅襯底處理工藝復雜且成本較高的問題。為實現上述目的及其他相關目的，本專利技術提供一種基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法，包括步驟：步驟1)，提供制備石墨烯用的銅襯底；步驟2)，將所述銅襯底置于有氧環境中處理，使所述銅襯底表面氧化，形成氧化層；以及步驟3)，去所述銅除襯底表面的氧化層，得到清潔的銅襯底表面。作為本專利技術的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優選方案，所述銅襯底的材料包括銅或者銅的合金。作為本專利技術的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優選方案，所述的銅襯底的厚度范圍為1μm～1m。作為本專利技術的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優選方案，所述有氧環境包括純氧氣氛或者包含氧氣的混合氣體氣氛。作為本專利技術的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優選方案，所述有氧環境為開放空間或者密閉環境。作為本專利技術的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優選方案，所述有氧環境的氣壓范圍為0.1～7600torr。作為本專利技術的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優選方案，步驟2)對銅襯底處理的溫度范圍為20～1100℃。作為本專利技術的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優選方案，步驟2)對銅襯底處理的時間為0.001-99999min。作為本專利技術的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優選方案，步驟3)中，去除銅襯底表面氧化層的方法包括：采用氣體吹走氧化層、或者利用外力使銅襯底震動、扭曲以致氧化層從銅襯底表面脫落。作為本專利技術的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優選方案，所述銅襯底包括用于制備CVD石墨烯的銅襯底。如上所述，本專利技術的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法，具有以下有益效果：1)本專利技術通過氧化石墨烯生長用銅襯底，使得襯底表面層氧化并從襯底脫落，獲得適宜高質量石墨烯制備的清潔銅表面，該方法獲得的銅襯底可明顯降低成核密度，減少石墨烯中的缺陷。2)本專利技術的方法重復性高、簡單易行，并且可控性強，適合工業化應用的批量化處理。附圖說明圖1顯示為本專利技術的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的步驟流程示意圖。圖2～圖4顯示為本專利技術的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法各步驟所呈現的結構示意圖。圖5a顯示為未處理銅襯底表面的SEM圖，圖5b顯示為經過本專利技術處理過的銅襯底表面SEM圖。圖6a及圖6c顯示為未處理的銅襯底上石墨烯的SEM圖片，圖6b及圖6d顯示為經過本專利技術處理的銅襯底上石墨烯的SEM圖片。元件標號說明101銅襯底102污染物103氧化層S11～S13步驟1)～步驟3)具體實施方式以下通過特定的具體實例說明本專利技術的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本專利技術的其他優點與功效。本專利技術還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本專利技術的精神下進行各種修飾或改變。請參閱圖1～圖5。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本專利技術的基本構想，遂圖示中僅顯示與本專利技術中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。如圖1～圖6所示，本實施例提供一種基于干法清洗工藝制備銅襯底101的方法，包括步驟：如圖1所示，首先進行步驟1)S11，提供制備石墨烯用的銅襯底101。作為示例，所述銅襯底101的材料包括銅或者銅的合金。在本實施例中，所述銅襯底101的材料為純銅。所述銅襯底101為用于制備CVD石墨烯的銅襯底101。作為示例，所述的銅襯底101的厚度范圍為1μm～1m。如圖1所示，作為示例，所述銅襯底101為未經過表面處理的銅襯底101，其表面一般具有大量或少量的污染物102。如圖2所示，然后進行步驟2)S12，將所述銅襯底101置于有氧環境中處理，使所述銅襯底101表面氧化，形成氧化層103，所述氧化層103的生長過程為從銅襯底101表面向下縱向延伸，由于氧化銅和銅的晶格并不匹配，因此，當氧化層103達到一定厚度后，包含污染物102的氧化層103會與銅襯底101分離。作為示例，所述有氧環境包括純氧氣氛或者包含氧氣的混合氣體氣氛。作為示例，所述有氧環境為開放空間或者密閉環境，所述有氧環境的氣壓范圍為0.1～7600torr。作為示例，對銅襯底101處理的溫度范圍為20～1100℃，對銅襯底101處理的時間為0.001-99999min。如圖3所示，最后進行步驟3)S13，去所述銅除襯底表面的氧化層103，得到清潔的銅襯底101表面。作為示例，去除銅襯底101表面氧化層103的方法包括：采用氣體(如高壓氣體)吹走氧化層103、或者利用外力使銅襯底101震動、扭曲以致氧化層103從銅襯底101表面脫落。在一個具體的實施過程中，包括如下步驟：步驟1)，將100微米厚的銅箔放入生長石墨烯的石英管中，石英管不封閉，因此，石英管中充滿空氣，然后對石英管進行升溫，并且使銅箔在500攝氏度下氧化30分鐘。步驟2)，將銅箔迅速降溫，降溫過程中，含有雜質的表面氧化銅層和下方未氧化的銅箔之間會產生很大的應力，導致大部分的氧化層103自動從未氧化的銅表面脫落，少許未自動脫落的氧化層103，可通過用鑷子輕敲銅箔使其脫落。未清洗的銅箔與本專利技術處理過的銅箔表面SEM圖片如圖5所示。從圖5a中我們可以看到，未經過處理的銅箔表面存在明顯的污染物102，這些污染物102中有些在石墨烯制備的高溫環境中并不能完全去除，將會影響石墨烯的生長。從圖5b中可以看出，本專利技術處理過的銅表面并不平整，還存在一些小的顆粒，但是本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法，其特征在于，包括步驟：步驟1)，提供制備石墨烯用的銅襯底；步驟2)，將所述銅襯底置于有氧環境中處理，使所述銅襯底表面氧化，形成氧化層；步驟3)，去所述銅除襯底表面的氧化層，得到清潔的銅襯底表面。

【技術特征摘要】
1.一種基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法，其特征在于，包括步驟：步驟1)，提供制備石墨烯用的銅襯底；步驟2)，將所述銅襯底置于有氧環境中處理，使所述銅襯底表面氧化，形成氧化層；步驟3)，去所述銅除襯底表面的氧化層，得到清潔的銅襯底表面。2.根據權利要求1所述的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法，其特征在于：所述銅襯底的材料包括銅或者銅的合金。3.根據權利要求1所述的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法，其特征在于：所述的銅襯底的厚度范圍為1μm～1m。4.根據權利要求1所述的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法，其特征在于：所述有氧環境包括純氧氣氛或者包含氧氣的混合氣體氣氛。5.根據權利要求1所述的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法，其特征在于：所述有氧環境為開放空間或者密閉環境。6...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張燕輝，于廣輝，葛曉明，張浩然，陳志鎣，隋妍萍，鄧榮軒，
申請(專利權)人：中國科學院上海微系統與信息技術研究所，
類型：發明
國別省市：上海,31