基于石墨烯的透明導(dǎo)電薄膜的圖案化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柔性透明導(dǎo)電薄膜的生產(chǎn)方法，尤其涉及一種可實現(xiàn)圖案化基于石墨烯的透明導(dǎo)電薄膜的全印刷工業(yè)化制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]透明導(dǎo)電薄膜在諸多領(lǐng)域擁有十分廣闊的應(yīng)用前景，如觸摸屏、液晶顯示、太陽能電池、LED照明等。目前最流行的透明導(dǎo)電薄膜是基于ITO的導(dǎo)電材料，因ITO的脆性及資源受限等問題，新的可替代性材料正在源源不斷被開發(fā)出來。納米碳材料，例如，石墨烯，因C=C具有較好的電子遷移效應(yīng)，具有在可見光透明且導(dǎo)電的效果，是今后取代ITO的最理想材料之一。然而，C的性能穩(wěn)定，不被酸堿所溶解，所制備的薄膜往往需要使用激光來進行圖案化。激光雖然具有蝕刻效果好，蝕刻精度高、無污染等優(yōu)點，但激光蝕刻存在如下缺點:
1.激光蝕刻效率低下。激光存在焦深問題，每次蝕刻都需要反復(fù)調(diào)整焦距，同時在保證蝕刻良率的前提下，激光蝕刻的通常速率為2-3m/S，在同等投資情況下，激光蝕刻線的效率遠低于酸堿蝕刻線；
2.對于大面積蝕刻，激光往往存在費時且蝕刻不徹底的現(xiàn)象，嚴重影響了激光蝕刻在圖案化透明電極領(lǐng)域的大面積推廣；
3.激光無法實現(xiàn)雙面蝕刻效果，因透明導(dǎo)電薄膜一般較薄(數(shù)十到數(shù)百微米)，在蝕刻一面的同時，薄膜無法阻擋激光對另一面的蝕刻，造成應(yīng)用的極大局限性。
[0003]4.激光蝕刻設(shè)備的維護成本高。激光光源屬于消耗品，長期工作不僅需要決絕其散熱問題，還需要定期更換光源，維護成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的主要在于提供一種大面積、大線寬圖案化基于石墨烯的透明導(dǎo)電薄膜的生產(chǎn)方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0005]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
一種基于石墨烯的透明導(dǎo)電薄膜的圖案化方法，包括:
提供透明導(dǎo)電薄膜，包括選定基底和覆設(shè)于選定基底表面的透明導(dǎo)電層，所述透明導(dǎo)電層主要由石墨烯構(gòu)成，
以具有設(shè)定鏤空圖形結(jié)構(gòu)的掩模掩蓋所述透明導(dǎo)電層；
將所述透明導(dǎo)電薄膜置入蝕刻室內(nèi)，再通入工作氣體并生成可與石墨烯反應(yīng)生成氣態(tài)產(chǎn)物但不損傷所述基底和掩模的等離子體，而后以所述等離子體將從所述掩模的鏤空圖形結(jié)構(gòu)中暴露出的透明導(dǎo)電層局部區(qū)域完全除去，而使所述透明導(dǎo)電層被掩模遮蓋的其余區(qū)域被保留，完成對所述透明導(dǎo)電薄膜的圖案化處理。
[0006]作為可選的實施方案之一，該方法可以包括如下步驟:
(I)將在所述透明導(dǎo)電層上涂覆光刻膠，而后加工形成具有設(shè)定鏤空圖形結(jié)構(gòu)的掩模； (2)將所述透明導(dǎo)電薄膜置入蝕刻室內(nèi)，并對蝕刻室進行抽真空處理，而后通入工作氣體(也可伴以載氣)并進行輝光放電，生成所述等離子體，其后以所述等離子體將從所述掩模的鏤空圖形結(jié)構(gòu)中暴露出的透明導(dǎo)電層局部區(qū)域完全除去，而使所述透明導(dǎo)電層被掩模遮蓋的其余區(qū)域被保留，從而獲得圖案化的透明導(dǎo)電薄膜。
[0007]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，該方法還可以包括:至少在所述選定基底的相對的兩個側(cè)面上分別覆設(shè)至少一層透明導(dǎo)電層。
[0008]進一步的，所述工作氣體為在等離子狀態(tài)下能與碳反應(yīng)生成揮發(fā)性物質(zhì)的潔凈氣體，包含空氣、氫氣、氮氣、氧氣、氮的氧化物、氯化物、氟化物中的任一種或兩種以上的組口 ο
[0009]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，在該方法中，當通入工作氣體后，所述蝕刻室內(nèi)的氣壓維持在5-100Pa。
[0010]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，在該方法中，所述等離子體的激發(fā)功率在10-1000W，驅(qū)動方式可以包括但不限于:頻率為13.56MHz的單一射頻驅(qū)動方式或者一個以上高頻與低頻電源組合而成的多頻電源驅(qū)動方式(包括雙頻電源驅(qū)動方式)。。
[0011]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，該方法還可以包括:
在所述透明導(dǎo)電薄膜置入蝕刻室之后，還對蝕刻室內(nèi)腔進行了抽真空處理，使蝕刻室內(nèi)的真空度達到1Pa以下，而后再通入工作氣體。
[0012]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，該方法還可以包括:
在所述透明導(dǎo)電薄膜置入蝕刻室之后，還對蝕刻室內(nèi)腔進行了抽真空處理，使蝕刻室內(nèi)的真空度達到5-100Pa，尤其優(yōu)選在1Pa以下，而后再通入工作氣體。
[0013]作為較為優(yōu)選的實施方案之一，該方法還可以包括:
完成對所述透明導(dǎo)電薄膜的圖案化處理后，再次對蝕刻室內(nèi)腔進行抽真空處理，而后通入經(jīng)高效過濾的潔凈壓縮空氣排空，并取出圖案化的透明導(dǎo)電薄膜。
[0014]進一步的，該方法還可包括:
完成對所述透明導(dǎo)電薄膜的圖案化處理后，采用選定溶劑溶解去除所述掩模。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點:工藝簡單，成本低廉，效率高，能一次性快速且批量化的完成對石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的圖形化處理，尤其是解決了現(xiàn)有技術(shù)無法實現(xiàn)的雙面石墨烯透明導(dǎo)電層及需要大面積、大線寬圖案化的難題，且良品率高，所獲透明導(dǎo)電薄膜的光、電學性能優(yōu)良穩(wěn)定，適于在觸摸屏、液晶顯示器、太陽能電池、LED照明器具等各種設(shè)備中廣泛應(yīng)用。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明一較佳實施方案中一種基于石墨烯的透明導(dǎo)電薄膜圖形化工藝流程圖；
圖2為本發(fā)明另一較佳實施方案中一種基于石墨烯的透明導(dǎo)電薄膜圖形化工藝流程圖；
附圖標記說明:1_透明石墨烯導(dǎo)電層(簡稱“透明導(dǎo)電層”)、1’ -圖案化導(dǎo)電透明導(dǎo)電層(簡稱“圖案化導(dǎo)電層”)、2_透明基底(簡稱“基底”)、3_掩模。
【具體實施方式】
[0017]如前所述，為了克服現(xiàn)有激光蝕刻在納米碳材料透明導(dǎo)電薄膜圖案化技術(shù)上的應(yīng)用瓶頸，本案發(fā)明人經(jīng)長期研究和大量實踐后，提出了本發(fā)明的技術(shù)方案，其系一種基于等離子體的高效、可多張、雙面同時蝕刻的基于石墨烯的透明導(dǎo)電薄膜圖形化處理工藝。
[0018]更為具體的講，本發(fā)明中的等離子蝕刻方法系采用高頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體激活成活性粒子，如原子或游離基，這些活性粒子擴散到需刻蝕的部位，在那里與被刻蝕材料，即石墨烯進行反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除。例如，由于C易于被氧氣所氧化形成CO2氣體，因此采用富氧的等離子體即可實現(xiàn)基于納米碳材料透明導(dǎo)電薄膜的高效圖案化。
[0019]如下對本發(fā)明的技術(shù)方案作更為詳細的說明。
[0020]作為本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于石墨烯的透明導(dǎo)電薄膜的圖案化方法，包括:
提供透明導(dǎo)電薄膜，其包含選定基底和覆設(shè)于選定基底表面的透明導(dǎo)電層，所述透明導(dǎo)電層主要由石墨烯構(gòu)成，
以具有設(shè)定鏤空圖形結(jié)構(gòu)的掩模掩蓋所述透明導(dǎo)電層；
將所述透明導(dǎo)電薄膜置入蝕刻室內(nèi)，再通入工作氣體并生成可與石墨烯反應(yīng)生成氣態(tài)產(chǎn)物但不損傷所述基底和掩模的等離子體，而后以所述等離子體將從所述掩模的鏤空圖形結(jié)構(gòu)中暴露出的透明導(dǎo)電層局部區(qū)域完全除去，而使所述透明導(dǎo)電層被掩模遮蓋的其余區(qū)域被保留，完成對所述透明導(dǎo)電薄膜的圖案化處理。
[0021]參閱圖1所示系應(yīng)用該方案的一典型案例的工藝流程圖。
[0022]作為本發(fā)明的較為優(yōu)選的實施方案，還可分別在所述選定基底的相對的兩個側(cè)面上分別覆設(shè)至少一層透明導(dǎo)電層，并采用前述的操作，同時對位于基底兩側(cè)的透明導(dǎo)電層進行刻蝕，從而大幅提升工作效率。參閱圖2所示系應(yīng)用該方案的一典型案例的工藝流程圖。
[0023]當然，依據(jù)實際應(yīng)用的需要，設(shè)置在基底兩側(cè)的掩?？删哂胁煌溺U空圖案結(jié)構(gòu)。
[0024]前述的基底可采用業(yè)界悉知的各種常見的具有較高透光率的材料，例如，光學級PET薄膜、亞克力板、玻璃等等，且不限于此。
[0025]前述的透明導(dǎo)電層系指由石墨烯形成的透明導(dǎo)電層，其可以包括:
通過將石墨烯分散液涂覆在基底表面而直接形成的透明導(dǎo)電層，
或者，通過將自支撐的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到基底表面而形成的透明導(dǎo)電層，
當然，也可以是通過物理、化學沉積法或原位生長法形成的透明導(dǎo)電層。
[0026]作為可行的實施方案之一，前述形成掩模的過程可以包括:在所述透明導(dǎo)電層上涂覆光刻膠(菲林)，并使用標準微電子加工工藝，包括甩膠、烘膠、曝光、顯影等操作，形成設(shè)定鏤空圖案結(jié)構(gòu)的掩模。
[0027]當然，前述的掩?？刹捎霉饪棠z形成，也可采用業(yè)界悉知的其它感光材料或者易于微加工，且耐前述等離子體腐蝕，并能夠通過溶劑溶解等方式移除，而不會損及前述透明導(dǎo)電薄膜的材料形成。
[0028]優(yōu)選的,前述工作氣體可以采用空氣、氫氣、氮氣、氧氣、氮的氧化物、氟化物、氯化物中的任一種或多種的混合氣體。尤為優(yōu)選的是采用空氣、氮氣、氧氣或其混合物，更為優(yōu)選采用空氣，其不僅來源廣泛，成本低廉，且對周圍環(huán)境完全無污染，并且，采用此類工作氣體形成等離子體后，對透明導(dǎo)電層的刻蝕程度可控，既能實現(xiàn)圖案化區(qū)域石墨烯的充分刻蝕，又不會使其余區(qū)域的石墨烯受損，更不至于損及基底和掩模等，從而使基底等仍可保持其工作性能。
[0029]在本發(fā)明中，在向蝕刻室內(nèi)通入工作氣體后，應(yīng)使蝕刻室內(nèi)的氣