单步骤制程打造图案化石墨烯

　　伊利诺大学香槟分校(University of Illinois, Urbana-Champaign)的研究人员据称找到一种单步骤的室温制程，能以简单的遮光罩(shadow mask)快速为石墨烯电路制图，并将其转移至软性基板上。

　　透过化学气相沉积法(CVD)，很容易就能在铜箔上生长石墨烯，但是，工程师们却一直苦于找不到简单的方式蚀刻所需的电路图案并将其转移至非金属基板。如今，伊利诺大学香槟分校(University of Illinois, Urbana-Champaign)的研究人员据称找到一种单步骤的室温制程，能以简单的遮光罩(shadow mask)快速为石墨烯电路制图，并将其转移至软性基板上。

　　多年来，工程师已经知道石墨烯十分易于以CVD在铜箔上沈积形成，然而，研究人员指出，他们仍得耗费许多时间在矽基板上生长石墨烯，才能用传统技术为电路制图。

　　以无聚合物单步骤制程在软性基板上制造图案化石墨烯的示意图 (来源：伊利诺伊大学香槟分校)

　　这种室温方法取代了在铜箔上生长石墨烯的方法，改以其所宣称的单步骤(one-step)制程蚀刻与转移石墨烯电路至几乎各种基板上，甚至包括未来的软性聚合物基板。其诀窍在于切出电路图案至一种更简单的遮光罩上。

　　“研究人员先以电脑辅助设计(CAD)软体设计出所需的微型图案，让商用雷射切割机连接至电脑相应地制造出遮光罩，”伊利诺伊大学香槟分校博士候选人Keong Yong表示，“这些快速的设计反覆周期与复制图案，则由快速运转的雷射切割器进行制造，并为低成本聚合物与金属片制图。”Keong Yong目前是在该校教授SungWoo Nam主导的研究团队进行这项研究。

　　一旦切割完成，遮光罩被放置在以CVD沈积石墨䤭的铜箔上，然后用氧等离子进行蚀刻。接着再用层压制程将图案化的石墨烯移植到软性基板上，以确保共形接触，以便蚀刻掉铜箔。

　　“由于这种途径易于实现，让我们的方法不需要复杂的传统微制造制程以及聚合物支架，大幅减少整体制造步骤与时间。”Yong说：“更重要的是，我们所采用的无聚合物途径还带来了更洁净的石墨烯。”

　　目前，以这种方法制造石墨烯晶片时，并没有尺寸上的限制，但仍受限于遮光罩的蚀刻精密度。为了实现完整的矽处理，这种遮光罩制程还有很长的路要走，它被限制在今日的微米级电路，而非奈米级范围。

　　具有先进微米级特性的各种模板光罩(上排)，以及移植至软性Kapton薄膜的相应石墨烯阵列图案(下排) (来源：伊利诺伊大学香槟分校)

　　“我们已可证明这种简单途径的能力了，它可实现具有不同尺寸的各种石墨烯阵列图案，包括低至50微米的线条、字母与圆形等，”Yong表示。

　　Yong表示，接下来，研究人员的目标在于缩小其遮光罩，以便打真正的元件，从而证实石墨烯的工作电路的确能在花几千美元配备的实验室中制造，而不需要使用目前造价数十亿美元的设备。

　　为这项研究带来贡献者还包括博士后研究员Pilgyu Kang以及毕业后目前任职于英特尔的Ali Ashraf。