應用石墨烯的結構及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應用石墨烯的結構及其制造方法，其中該方法包括：形成一石墨烯層于一金屬層的一面；形成一保護層于該石墨烯層相對于該金屬層的另一面，使該石墨烯層的位置介于該金屬層與該保護層之間；將該保護層、該石墨烯層與該金屬層設置于一基板的一面；自該石墨烯層移除該金屬層；及形成一導電層于該石墨烯層相對于該保護層的一面。因此，本發(fā)明應用石墨烯的裝置不僅能在轉移時保護石墨烯不受到損壞，更可以藉由保護層的設置使該裝置能夠在滾動條式制程中承受來自滾輪的壓力，以提升生產的效率。
【專利說明】應用石墨烯的結構及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明關于一種石墨烯的應用，特別在于應用石墨烯的結構及其制造方法。
【背景技術】
[0002]石墨烯(Graphene)是一種由碳原子緊密結合成一個二維結晶格且?guī)缀跬耆该鞯钠矫鎸?，每一層石墨烯僅僅吸收約2.3%的光能，另外，其具有比碳納米管(carbonnanotube)及硅(silicon)還要快的電子遷移率、比碳納米管還要好的導熱系數(shù)以及比銅(cooper)或銀(silver)還要低的電阻(石墨烯的電子遷移率被證實超過200，000cm2/VS,導熱系數(shù)大約為5，300ff/mK,電阻約為IOohms *cm)。因此,石墨烯憑借著其出色的電氣性、導熱性、可繞曲性以及高透光度而被應用在高速電晶體、感測器、螢幕的透明電極、觸控面板以及太陽能電池。
[0003]然而，雖然石墨烯擁有許多優(yōu)點，但是其不管在單層或是數(shù)層的情況下都很容易被破壞的特性卻大大的限制了它的實用性，而目前的技術仍相當不成熟，且所使用的轉移薄膜通常具有較高的電阻而造成不均勻性。舉例來說，當在制程中有將石墨烯薄膜附著到所需基板(例如:塑膠、玻璃或硅)的轉移步驟時，大部分的石墨烯會被設置在金屬基板上(例如:銅或鎳)，在轉移的過程中，石墨烯就很容易被破壞而造成大面積的不連續(xù)性。
[0004]例如，一篇名為“l(fā)arge-area synthesis of high-quality and uniformgraphene films on copper foils”(Science, v.324，第 1312 頁)的論文有教授一種石墨烯的轉移方法，該方法有包括步驟:形成一石墨烯層于一銅箔層上；涂布一聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)層；夾持該聚甲基丙烯酸甲酯層以溶解該銅箔層；將該石墨烯層及該聚甲基丙烯酸甲酯層取至一所需的基板，然后移除該聚甲基丙烯酸甲酯層。但是，該方法只能達到非常低的出貨能力，導致過高的生產成本更加限制了石墨烯的可生產性。
[0005]因此，是否有一種結構或方法可以改善石墨烯在轉移時容易被破壞的缺點，提供產業(yè)可以大范圍的控制產量以及均勻性，進而得到更高的生產性。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明揭露一種石墨烯的應用，特別在于應用石墨烯的結構及其制造方法。
[0007]根據本發(fā)明的一范疇，一種應用石墨烯的制造方法，其提供一制造方法來保護石墨烯避免其在轉移(transferring)應用時遭到破壞。
[0008]根據本發(fā)明的另一范疇，一種應用石墨烯的結構，其提供一裝置結構使應用石墨烯的裝置能夠更容易的被量產化。
[0009]根據本發(fā)明的一實施例，一種應用石墨烯的制造方法，其包括步驟:形成一石墨烯層于一金屬層的一面；形成一保護層于該石墨烯層相對于該金屬層的另一面，使該石墨烯層的位置介于該金屬層與該保護層之間；將該保護層、該石墨烯層與該金屬層設置于一基板的一面；自該石墨稀移除該金屬層；及形成一導電層于該石墨烯層相對于該保護層的一面。[0010]根據本發(fā)明的另一實施例，一種應用石墨烯的結構，以一導電層、一石墨烯層、一保護層及一基板由上而下堆迭而成。該保護層形成于該基板的上。該石墨烯層形成于該保護層的上，以使該保護層保護該石墨烯層。該導電層形成于該石墨烯層的上。
[0011]因此，相較傳統(tǒng)的生產方式，本發(fā)明藉由增設有保護層的結構方式，來達到保護石墨烯在轉移應用時避免被破壞，更可以有效的提升石墨烯裝置的生產效率，使應用石墨烯的裝置能夠容易的被量產化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明應用石墨烯的制造方法的步驟圖。
[0013]圖2A為本發(fā)明應用石墨烯的裝置對應于圖1所示步驟圖中步驟SlO的示意圖。
[0014]圖2B為本發(fā)明應用石墨烯的裝置對應于圖1所示步驟圖中步驟Sll的示意圖。
[0015]圖2C為本發(fā)明應用石墨烯的裝置對應于圖1所示步驟圖中步驟S12的示意圖。
[0016]圖2D為本發(fā)明應用石墨烯的裝置對應于圖1所示步驟圖中步驟S13的示意圖。
[0017]圖2E為本發(fā)明應用石墨烯的裝置對應于圖1所示步驟圖中步驟S14的示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明應用石墨烯的裝置結構示意圖。
[0019]【主要元件符號說明】
[0020]10 墨烯層
[0021]12 金屬層
[0022]14 保護層
[0023]16 基板
[0024]18 導電層
【具體實施方式】
[0025]請一并參考圖1及圖2所示，圖1為本發(fā)明應用石墨烯的制造方法的步驟圖。圖2A-2E為本發(fā)明應用石墨烯的結構裝置對應于圖1所示步驟圖的示意圖。本發(fā)明應用石墨烯的制造方法包括步驟:
[0026]SlO形成一石墨烯層10于一金屬層12的一面；
[0027]Sll形成一保護層14于該石墨烯層10相對于該金屬層12的另一面，使該石墨烯層10的位置介于該金屬層12與該保護層14之間；
[0028]S12將該保護層14、該石墨烯層10與該金屬12層設置于一基板16的一面；
[0029]S13自該石墨烯層10移除該金屬層12 ;及
[0030]S14形成一導電層18于該石墨烯層16相對于該保護層14的一面。
[0031]其中，請配合參考圖2A，圖2A為本發(fā)明應用石墨烯的結構裝置對應于圖1所示步驟圖中步驟SlO的示意圖。如圖所示，該石墨烯(Graphene)層10可以是例如化學氣相沉積法(CVD)形成于該金屬層12的一面，且該石墨烯層10可以是單層或是多層，該金屬層12可以為例如銅(Cu)質層或鎳(Ni)質層。另外，根據發(fā)明人的實驗，該金屬層12的厚度介于但不限于I到50微米(micrometers, μ m)之間，而該石墨烯層10的厚度介于但不限于0.2 到 20 納米(nanometers, nm)之間。
[0032]請配合參考圖2B，圖2B為本發(fā)明應用石墨烯的結構裝置對應于圖1所示步驟圖中步驟Sll的示意圖。如圖所示，該保護層14以例如旋涂(spin-coat)或造模切割(slit-casting)的方式形成于該石墨烯層10的一面，該保護層14用以吸收可能造成該石墨烯層10損壞的壓力，為一壓力吸收層，其中，該保護層14的材質可以是環(huán)氧系聚合物(epoxy-based polymer),進一步的說是環(huán)氧基負性光致抗蝕劑(epoxy-based negativephotoresist)，例如:光刻膠(SU_8)。另外，根據發(fā)明人的實驗，該保護層14的厚度是介于但不限于0.1到50 μ m之間。
[0033]請配合參考圖2C，圖2C為本發(fā)明應用石墨烯的結構裝置對應于圖1所示步驟圖中步驟S12的示意圖。如圖所示，該保護層14的位置由上述圖2B所示的最上層翻轉至最下層，并以該保護層14相對于該石墨烯層10的一面來與該基板16結合，也就是說，該保護層14的位置是在該石墨烯層10與該基板16之間。另外，根據發(fā)明人的實驗，該基板16的厚度是介于但不限于10到500 μ m之間。
[0034]值得注意的是，請配合參考圖2B及圖2C所示，形成于該金屬層12上的該石墨烯層10在可以被進一步利用之前,必需先經過轉移(transferring)的程序,而當要把該保護層14、該石墨烯層10與該金屬層12轉移設置于該基板16的一面時，需先將該保護層14、該石墨烯層10與該金屬層12所組成的結構翻轉，使該保護層14自最上層翻轉至最底層，該金屬層12自最底層翻轉至最上層，并將該保護層14設置于該基板16的一面，其中，該保護層14可以暴露于紫外光(UV light)或是熱固化(heat)的方式來固定。
[0035]更進一步的，因為在轉移程序時該石墨烯層10就已經完全在該金屬層12以及該保護層14的保護之中，也就是說，設置于該石墨烯層10與該基板16之間的保護層14已形成一緩沖層，用來在轉移程序中吸收可能對該石墨烯層10造成破壞的壓力，因此，藉由保護層14的設置，使該應用石墨烯的結構裝置能夠在滾動條式制程(roll-to-roll typeprocess)中承受來自滾輪(roller)的壓力，以提升生產的效率。
[0036]接著請配合參考圖2D，圖2D為本發(fā)明應用石墨烯的結構裝置對應于圖1所示步驟圖中步驟S13的示意圖。如圖所示，該金屬層12的移除方式可以濕蝕刻(wet-etching)的方式來移除。此外，在移除該金屬層12之后，可以藉由加入一摻雜劑(dopant)來降低該石墨烯層10的阻抗(resistance)，因此，本發(fā)明應用石墨烯的結構制造方法可以另包括步驟:
[0037]化學摻雜(chemical doping) —摻雜劑于該石墨烯層之中，以降低該石墨烯層的阻抗。
[0038]接著請配合參考圖2E，圖2E為本發(fā)明應用石墨烯的結構裝置對應于圖1所示步驟圖中步驟S14的示意圖。如圖所示,在該金屬層12被移除之后，該導電層(conductinglayer) 18會被形成于該石墨烯層10的一面，其中，該導電層18是用來增加區(qū)域內任何以橋接方式(bridging)連接的不連續(xù)(discontinues)石墨烯的阻抗均勻度(uniformityof the resistivity),此外，該導電層18可以是一以旋涂(s pin_coat)或造模切割(slit-casting)在該石墨烯層10上的超薄層體(ultra-thin layer),且材質可以是一導電性樹脂(PED0T:PSS)、銀質納米線(silver nanowires)或碳納米管(carbonnanotubes)。
[0039]綜上所述，請參考圖2E及圖3，圖3為本發(fā)明應用石墨烯的裝置結構示意圖。如圖所示，一應用石墨烯的裝置提供了一種高均勻度(high uniformity)、高傳導性(conductivity)、高可繞曲性(flexibility)以及高透光度(transparency)的結構,其以一導電層18、一石墨烯層10、一保護層14及一基板16由上而下堆迭而成，且該應用石墨烯的裝置可以被用來制造一太陽能電池(solar cell)、一發(fā)光二極體(light emittingdiode)、一電池(battery) >一超級電容(super capacitor) >一防靜電設備(ant1-staticdevice)、一電致變色設備(electro-chromic device)、一電濕潤設備(electro-wettingdevice)或一觸控面板(touch panel)。
[0040]因此，相較傳統(tǒng)的生產方式，本發(fā)明可以保護石墨烯避免被破壞，提供產業(yè)可以大范圍的控制產量以及均勻度，有效的提升應用石墨烯的裝置的生產效率。
[0041]惟以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實施例，當不能用以限定本發(fā)明可實施的范圍，凡知悉本案領域具有通常技藝人士所明顯可作的變化與修飾，皆應視為不悖離本發(fā)明的實質內容。
【權利要求】
1.一種應用石墨烯的制造方法，其特征在于，包括步驟: 形成一石墨烯層于一金屬層的一面； 形成一保護層于該石墨烯層相對于該金屬層的另一面，使該石墨烯層的位置介于該金屬層與該保護層之間； 將該保護層、該石墨烯層與該金屬層設置于一基板的一面； 自該石墨烯層移除該金屬層；及 形成一導電層于該石墨烯層相對于該保護層的一面。
2.如權利要求1所述的應用石墨烯的制造方法，其特征在于，另包括步驟: 化學摻雜一摻雜劑于該石墨烯層之中，以降低該石墨烯層的阻抗。
3.如權利要求1所述的應用石墨烯的制造方法，其特征在于，該石墨烯層是以化學氣相沉積法形成于該金屬層的一面。
4.如權利要求1所述的應用石墨烯的制造方法，其特征在于，該保護層是以旋涂或造模切割的方式形成于該石墨烯層的一面。
5.如權利要求1所述的應用石墨烯的制造方法，其特征在于，該保護層為一壓力吸收層。
6.如權利要求1所述的應用石墨烯的制造方法，其特征在于，將該保護層、該石墨烯層與該金屬層設置于一基板的一面的該步驟，是將該保護層、該石墨烯層與該金屬層所組成的結構翻轉，使該保護層自最上層翻轉至最底層，該金屬層自最底層翻轉至最上層，并將該保護層設置于該基板的一面。
7.如權利要求1所述的應用石墨烯的制造方法，其特征在于，該金屬層的厚度是介于I到30微米之間，該石墨烯層的厚度是介于0.2到20納米之間，該保護層的厚度是介于0.1到50微米之間，該基板的厚度是介于10到500微米之間。
8.如權利要求1所述的應用石墨烯的制造方法，其特征在于，該金屬層為一銅質層或一鎳質層。
9.一種應用石墨烯的結構，其特征在于，包括: 一基板； 一保護層，形成于該基板的一面； 一石墨烯層，形成于該保護層相對于該基板的另一面，以使該保護層保護該石墨烯層；及 一導電層，形成于該石墨烯層相對于該保護層的另一面，用以增加均勻度。
10.如權利要求9所述的一種應用石墨烯的結構，其中，該應用石墨烯的結構提供用來制造一太陽能電池、一發(fā)光二極體、一電池、一超級電容、一防靜電設備、一電致變色設備、一電潤濕設備或一觸控面板。
【文檔編號】H01B5/00GK103871684SQ201210552932
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月18日 優(yōu)先權日:2012年12月18日
【發(fā)明者】漢述仁, 曹慶 申請人:Hcgt有限公司