[發明專利]一種無損轉移自支撐低維材料的方法

有效

• 申請號: 201711218714.X
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN109841549B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 邰凱平;趙洋;靳群;康斯清;姜辛
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01L21/677
• 分類號: H01L21/677
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及低維功能材料科學和材料測試分析技術研究領域，具體為一種針對箔材、薄膜、二維材料等進行精確定位、裁剪、無損轉移自支撐低維材料的方法。由于大部分需要進行轉移操作的自支撐低維材料，其厚度在幾納米到幾百微米不等，面內尺寸多在毫米至微米量級，取樣加工過程中和轉移過程中極易損壞，且其比重極小，易受外界環境(如：氣流、靜電等)的影響較大而難以準確控制定位。該方法引入了飛秒激光裁剪、微重力和靜電引入以及顯微定位等技術手段，可以有效解決以上問題，尤其針對需要把材料轉移到微小易損器件上，該方法可以得到完美的應用，極大的拓展對自支撐低維功能材料的研究應用。

技術領域

本發明涉及低維功能材料科學和材料測試分析技術研究領域，具體為一種針對箔材、薄膜、二維材料等進行精確定位、裁剪、無損轉移自支撐低維材料的方法。尤其在向易損微小目標載體上轉移時，可充分體現其獨特的優勢。

背景技術

常用的低維材料，如：箔材、功能薄膜、二維材料等，它們由于其獨特的空間結構和電學性能及熱學性能，關于低維材料的研究和應用近年發展迅速，在微電子領域、生物檢測領域和電池領域有廣泛的應用前景。將自支撐低維材料轉移到微小易損芯片上進行材料本征的電學、熱學等性能的測試研究時，常采用先轉移，后通過電子束曝光、沉積電極、RIE刻蝕和濕法刻蝕或是聚焦離子束刻蝕的方法。但此方法所用的儀器特別昂貴，步驟極為繁瑣，電極芯片載體往往都只有幾百納米，很脆弱易損壞，需要很強的專業性，而且因為是先轉移后刻蝕，在刻蝕過程中，有的樣品就容易被損壞，不具有普適性，同時電極圖案和形狀也受到了限制，不能太復雜，使對其性能的探究上就存在明顯的缺陷。因此，發明一種先制作好芯片，再進行無損轉移的方法尤為重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種將自支撐低維材料無損轉移到載體上的方法，可以對厘米至亞微米尺寸的材料進行精確定位、裁剪和無損轉移，避免使用聚焦離子束刻蝕等昂貴耗時的方法，該方法具有簡單、有效、易于推廣等特點。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種無損轉移自支撐低維材料的方法，該方法包括以下步驟：

(1)利用范德華力將沉積在基底上的低維材料轉移到鏤空的剛性支撐薄片上；

(2)利用飛秒激光精細加工裝置對低維材料進行裁剪加工成所需形狀；

(3)利用顯微定位裝置將經過裁剪的材料轉移到載體上方；

(4)利用激光切割樣品，使其與剛性支撐薄片脫離。

所述的無損轉移自支撐低維材料的方法，基底為Si、SiO₂或聚酰亞胺。

所述的無損轉移自支撐低維材料的方法，采用的剛性支撐薄片支撐，有足夠的力學性能，不易在轉移過程中發生變形，其尺寸取決于低維材料的尺寸和轉移到的目標載體的尺寸，大于載體外形尺寸。

所述的無損轉移自支撐低維材料的方法，利用飛秒激光精細加工裝置對低維材料進行厘米至亞微米尺度的裁剪，該裝置包括：激光匯聚及顯微觀察系統、激光光源、普通光光源、氣泵、氣浮減震平臺、樣品臺機械數控移動系統、CCD攝像頭、激光匯聚模塊機械移動系統、運動控制器、計算機，具體結構如下：

激光光源和普通光光源分別通過接口以同軸光的形式，通過光纜接入激光匯聚及顯微觀察系統，并且激光光源和普通光光源手動選擇切換光源；激光匯聚及顯微觀察系統與CCD攝像頭的輸入端連接，CCD攝像頭的輸出端與運動控制器的輸入端通過USB線與計算機連接，進行顯微觀察定位和數控編程；激光匯聚及顯微觀察系統設置于激光匯聚模塊機械移動系統上，運動控制器的輸出端與樣品臺機械數控移動系統連接，樣品臺機械數控移動系統設置于氣浮減震平臺上，氣浮減震平臺的進氣端與氣泵連接。

所述的無損轉移自支撐低維材料的方法，顯微定位轉移過程中，包括如下步驟：