[發明專利]一種利用聚二甲基硅氧烷快速轉移黑磷薄膜的方法

有效

• 申請號: 201610333774.5
• 申請日: 2016-05-19
• 公開（公告）號: CN105948005B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 孫立濤;史智慧;萬樹;蘇適;畢恒昌;尹奎波
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C01B25/02
• 分類號: C01B25/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及半導體材料領域，尤其涉及一種快速轉移黑磷薄膜的方法。

背景技術

黑磷超越石墨烯的最大優點就在于擁有能隙，使其更容易進行光探測；而且其能隙是可藉由在硅基板上堆棧的黑磷層數來做調節，使其能吸收可見光范圍以及通訊用紅外線范圍的波長。此外因為黑磷是一種直接能隙半導體，也能將電子訊號轉成光。

對于黑磷在電子器件以及傳感器中的應用，通常需要將黑磷薄膜轉移到絕緣襯底上，特別的隨著柔性電子器件的興起，黑磷作為優良的電極材料往往需要轉移到的柔性襯底上(典型如聚二甲基硅氧烷PDMS)。

目前，主要的轉移方法是：1.利用堿性溶液相剝離黑磷的新方法，實現黑磷從塊狀到薄層乃至單層(黑磷烯)的高校剝離和制備，并通過該方法制備得到的黑磷可以在水等傳統溶劑中穩定分散，這樣大大提高了黑磷的應用范圍；2.原子層沉積是一種高級薄膜制備技術。在沉積層的均勻性、階梯覆蓋率、重復性等方面都具有明顯的優勢。利用ALD可以實現單層、亞單層、在埃級別的厚度控制，在原子水平上控制表面層沉積物的形成和生長。利用ALD能夠在復雜、多孔結構上沉積薄膜，對樣品形貌無特殊要求。通過交替引入不同的前體，可以非常方便的制備多層或者多組分復合物膜。3.使用機械剝離法，將黑磷片直接剝離到目標襯底上。這種方法可以很好的解決樣品的污染問題，但是卻不能很好的控制黑磷薄膜的尺寸和完整程度，而且這種方法并不能滿足工業化生產的需求；4.為了得到層狀的黑磷，首先獲取塊體；然后將塊體浸入CHP(過氧化氫異丙苯)的溶劑中，再加聲波。其中聲波的作用是：擊打黑磷(納米層狀體)層間的鍵，使其斷開；最后，使用離心機使其分類得到層狀物。通過這種方法，可以大批量生產納米層狀黑磷，其中有一部分只有數層。

綜上，目前的轉移方法都有著各自的問題，除了第三種方法外，這些方法還要使用一定數量的腐蝕液(如丙酮，鹽酸等)去腐蝕金屬襯底，在大規模生產中，會提高生產成本同時產生嚴重的環保問題。鑒于此，有必要設計一種新方法來解決上述問題。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種利用聚二甲基硅氧烷快速轉移黑磷薄膜的方法，旨在解決上述黑磷薄膜轉移過程中易受污染，易被破壞，轉移效率低等問題。

技術方案：為了實現上述目的本發明采用的具體實施方案包括以下步驟：a.制備黑磷分散液；

b.將所述分散液超聲分散于去離子水中；

c.使用抽濾瓶將所述分散液抽濾成黑磷薄膜；

d.用已經固化好的PDMS緊貼于所述黑磷薄膜，特別的本步驟中有黑磷的濾膜應處于濕潤狀態；

e.幾分鐘后將所述濾膜揭掉，即得到轉移到PDMS上的黑磷薄膜。

優選地，步驟a中，黑磷使用由電化學輔助機械剝離法，氧化還原法，超聲剝離法以及機械剝離法制得，分散液液體為去離子水，無水乙醇，異丙醇中的一種或幾種的混合。

優選地，步驟c中使用的濾膜為醋酸纖維，聚乙烯，特氟龍濾膜的一種。

優選地，步驟e中PDMS薄膜厚度在30～1000微米。

有益效果：本發明與現有技術相比，具有以下優點：

1.轉移過程不產生任何污染殘留；

2.未使用任何腐蝕性液體，環境友好；

3.不涉及腐蝕任何襯底，特別是金屬襯底，成本低廉；

4.轉移過程簡單高效，僅僅只要十分鐘時間，所得薄膜完整程度良好。

附圖說明

圖1為快速轉移的示意圖。I：在濾膜上的黑磷薄膜；II：用PDMS緊貼在有黑磷薄膜一面的濾膜；III：慢慢撕下濾膜；IV：轉移到PDMS上。

具體實施方式

以下通過具體實施例來說明本發明的具體實施方法，本領域的技術人員可通過本發明書所闡述的內容輕易地理解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用。本說明書的各項細節也可以基于不同的觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾和改變。

本發明一種利用聚二甲基硅氧烷快速轉移黑磷薄膜的方法，包括以下步驟：

a.制備黑磷分散液；

b.取1ml所述分散液超聲分散于100ml去離子水中；

c.使用抽濾瓶將所述分散液抽濾成黑磷薄膜；

d.用已經固化好的厚度為100微米的PDMS緊貼于所述黑磷薄膜，需要注意的是此步驟中有黑磷的濾膜應處于濕潤狀態；

e.幾分鐘后將所述濾膜揭掉，即得到轉移到PDMS上的黑磷薄膜。

下面；通過實施例對本發明做進一步具體說明。