本發(fā)明屬石墨烯制備領(lǐng)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。

背景技術(shù)：

石墨烯具有非同尋常的導(dǎo)電性能、超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度和極好的透光性，它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領(lǐng)域引發(fā)一輪革命。在石墨烯中，電子能夠極為高效地遷移，而傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體，例如硅和銅遠(yuǎn)沒有石墨烯表現(xiàn)得好。由于電子和原子的碰撞，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)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(fèi)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(yōu)良特性。

近幾年，石墨烯以其獨(dú)特的性能和廣泛的應(yīng)用前景引起了巨大的關(guān)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(zhì)量大面積石墨烯，其中，銅作為襯底最適于制備高質(zhì)量單層石墨烯。研究證明，銅的表面質(zhì)量對石墨烯的生長有重要影響，銅表面的缺陷和雜質(zhì)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(xiàn)刻蝕的現(xiàn)象。因此，清潔、平整的襯底表面是制備高質(zhì)量石墨烯的基礎(chǔ)。通常的銅襯底清洗方法是先用酸堿、有機(jī)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(fā)現(xiàn)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(diǎn)狀缺陷。傳統(tǒng)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(fù)雜，費(fèi)時費(fèi)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(shí)屬必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明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(xiàn)有技術(shù)中銅襯底處理工藝復(fù)雜且成本較高的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明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(huán)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。

作為本發(fā)明的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優(yōu)選方案，所述銅襯底的材料 包括銅或者銅的合金。

作為本發(fā)明的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優(yōu)選方案，所述的銅襯底的厚度范圍為1μm～1m。

作為本發(fā)明的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優(yōu)選方案，所述有氧環(huán)境包括純氧氣氛或者包含氧氣的混合氣體氣氛。

作為本發(fā)明的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優(yōu)選方案，所述有氧環(huán)境為開放空間或者密閉環(huán)境。

作為本發(fā)明的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優(yōu)選方案，所述有氧環(huán)境的氣壓范圍為0.1～7600torr。

作為本發(fā)明的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)對銅襯底處理的溫度范圍為20～1100℃。

作為本發(fā)明的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)對銅襯底處理的時間為0.001-99999min。

作為本發(fā)明的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優(yōu)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。

作為本發(fā)明的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法的一種優(yōu)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，本發(fā)明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)本發(fā)明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(zhì)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)本發(fā)明的方法重復(fù)性高、簡單易行，并且可控性強(qiáng)，適合工業(yè)化應(yīng)用的批量化處理。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明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顯示為本發(fā)明的基于干法清洗工藝制備銅襯底的方法各步驟所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)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(jīng)過本發(fā)明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(jīng)過本 發(fā)明處理的銅襯底上石墨烯的SEM圖片。

元件標(biāo)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(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請參閱圖1～圖5。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

如圖1～圖6所示，本實(shí)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(jìn)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(shí)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(jīng)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(jìn)行步驟2)S12，將所述銅襯底101置于有氧環(huán)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(dāng)氧化層103達(dá)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(huán)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(huán)境為開放空間或者密閉環(huán)境，所述有氧環(huán)境的氣壓范圍為0.1～7600 torr。

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(jìn)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(shí)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(jìn)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(zhì)的表面氧化銅層和下方未氧化的銅箔之間會產(chǎn)生很大的應(yīng)力，導(dǎo)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。

未清洗的銅箔與本發(fā)明處理過的銅箔表面SEM圖片如圖5所示。從圖5a中我們可以看到，未經(jīng)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(huán)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，本發(fā)明處理過的銅表面并不平整，還存在一些小的顆粒，但是圖5a中的影響生長的污染物102已經(jīng)去除。

步驟3)將未處理過的銅箔和經(jīng)本發(fā)明清洗過的銅箔放入生長石墨烯的設(shè)備中，按常規(guī)銅上CVD石墨烯晶疇常規(guī)的制備方法進(jìn)行石墨烯的生長，具體包括：

a)抽真空至1.5Pa，充氬氣至常壓。

b)銅箔在1000sccm氬氣保護(hù)下升溫至1000攝氏度，通入200sccm氫氣退火，經(jīng)過20分鐘退火的過程后，將溫度升至1050攝氏度。

c)氫氣通入量改為20sccm，并通入1.5sccm混甲烷(甲烷與氬氣的體積比為5:1000)，生長石墨烯，生長時間為30分鐘。

d)關(guān)閉甲烷，停止加熱，降至室溫，獲得銅上石墨烯樣品。

考慮到未拋光的銅表面雜質(zhì)和缺陷比較多，為降低石墨烯的成核密度，本實(shí)施例選取的甲烷濃度非常低。生長石墨烯的SEM圖片如圖6所示。對比圖6a和圖6b，可以看到本發(fā)明處理的銅箔上石墨烯晶疇密度明顯低于未經(jīng)本發(fā)明處理的銅箔上的結(jié)果。對比圖6c和6d，從圖6c可以看到未經(jīng)處理的銅箔上石墨烯晶疇出現(xiàn)了明顯的刻蝕(破損)，銅箔表面還可以看到很多白色的亮點(diǎn)(殘留的雜質(zhì))，而經(jīng)本發(fā)明處理過的銅箔上的石墨烯則沒有出現(xiàn)明顯的刻蝕現(xiàn)象，如圖6d所示。研究已經(jīng)證明，銅表面的缺陷和雜質(zhì)可增加石墨烯的成核密度， 并且增加石墨烯中的缺陷。這些缺陷區(qū)域相對不穩(wěn)定，容易被刻蝕。圖6的結(jié)果說明經(jīng)本發(fā)明處理過的銅襯底101，表面清潔度明顯提高，石墨烯成核密度明顯降低，降低了石墨烯中的缺陷，使石墨烯的質(zhì)量明顯提高。

如上所述，本發(fā)明的基于干法清洗工藝制備銅襯底101的方法，具有以下有益效果：

1)本發(fā)明通過氧化石墨烯生長用銅襯底101，使得襯底表面層氧化并從襯底脫落，獲得適宜高質(zhì)量石墨烯制備的清潔銅表面，該方法獲得的銅襯底101可明顯降低成核密度，減少石墨烯中的缺陷。

2)本發(fā)明的方法重復(fù)性高、簡單易行，并且可控性強(qiáng)，適合工業(yè)化應(yīng)用的批量化處理。

所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。