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。

　　透過化學(xué)氣相沉積法(CVD)，很容易就能在銅箔上生長石墨烯，但是，工程師們卻一直苦于找不到簡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，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許多時間在矽基板上生長石墨烯，才能用傳統(tǒng)技術(shù)為電路制圖。

　　以無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，甚至包括未來的軟性聚合物基板。其訣竅在于切出電路圖案至一種更簡單的遮光罩上。

　　“研究人員先以電腦輔助設(shè)計(CAD)軟體設(shè)計出所需的微型圖案，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)計反覆周期與復(fù)制圖案，則由快速運轉(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)隊進(jìn)行這項研究。

　　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間。”Yong說：“更重要的是，我們所采用的無聚合物途徑還帶來了更潔凈的石墨烯。”

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

　　具有先進(jìn)微米級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) (來源：伊利諾伊大學(xué)香檳分校)

　　“我們已可證明這種簡單途徑的能力了，它可實現(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，研究人員的目標(biāo)在于縮小其遮光罩，以便打真正的元件，從而證實石墨烯的工作電路的確能在花幾千美元配備的實驗室中制造，而不需要使用目前造價數(shù)十億美元的設(shè)備。

　　為這項研究帶來貢獻(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。