[發(fā)明專利]二維器件真空制備系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010129757.6
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN113327866B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭帥斐;楊昉原;馬立國;張遠(yuǎn)波
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67;H01L21/34;H01L21/443
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 谷達(dá);吳敏

本發(fā)明提供一種二維器件真空制備系統(tǒng)及其方法。所述二維器件真空制備系統(tǒng)包括：預(yù)抽真空單元，用于傳遞二維材料，并包括用于進(jìn)行抽真空的第一抽氣裝置；器件制備單元，能夠與所述預(yù)抽真空單元相連通或斷開，用于解離所述二維材料，并包括用于進(jìn)行抽真空的第二抽氣裝置；電極蒸鍍和薄膜生長單元，能夠與所述器件制備單元相連通或斷開，用于制作二維器件的電極，并包括用于進(jìn)行抽真空的第三抽氣裝置；監(jiān)控單元，用于對所述二維器件真空制備系統(tǒng)內(nèi)二維器件的制備進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察；以及自動(dòng)化控制單元，用于對所述二維器件真空制備系統(tǒng)內(nèi)二維器件的制備進(jìn)行控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二維材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二維器件真空制備系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

二維材料因其特殊的物理特性而引起廣泛的關(guān)注，不同應(yīng)用中的關(guān)鍵特性都被很大程度地提升。二維材料獨(dú)特的光電特性或許會(huì)在高效、寬帶、柔性、透明、低功耗等方面的新一代的器件發(fā)揮獨(dú)特作用，因此促使了大量相關(guān)的研究。二維材料的其它物理性質(zhì)比如磁性、鐵電特性以及超導(dǎo)電性，也會(huì)在新型應(yīng)用器件和量子器件研制方面起到重要作用。此外，從絕緣體氮化硼，半導(dǎo)體過渡金屬硫化物，到金屬特性的石墨烯，它們各種堆疊和排列的組合，展示了二維材料特性的多樣性，或許會(huì)帶來科學(xué)上的重要發(fā)現(xiàn)。

二維器件指應(yīng)用二維材料所制備的半導(dǎo)體器件，例如自旋電子器件等等。現(xiàn)有二維器件的制備流程主要是借鑒硅基半導(dǎo)體工藝，需要采用刻蝕和蒸鍍工藝。不同之處主要在于，二維材料的產(chǎn)生主要是由″自上而下″的解離方法得到的。主要步驟包括：使用膠帶在大氣環(huán)境或者手套箱環(huán)境中解離晶體材料得到單層或者薄層二維片層并將其轉(zhuǎn)移到硅片上；使用金相顯微鏡找到幾十微米大小和合適厚度的二維材料片層；應(yīng)用電子束刻蝕工藝和反應(yīng)離子刻蝕工藝將不規(guī)則的二維片層刻蝕成特定的形狀；應(yīng)用電子束刻蝕工藝和電子束蒸鍍工藝制備金屬電極。以手套箱環(huán)境制備樣品為例，現(xiàn)有的制備系統(tǒng)主要包括：手套箱；放置在手套箱中的金相顯微鏡；放置在手套箱中的掩模版對準(zhǔn)系統(tǒng)；以及放置在手套箱中的熱蒸鍍系統(tǒng)。主要操作方式是實(shí)驗(yàn)員將手伸入手套箱進(jìn)行操作。

現(xiàn)有技術(shù)的主要缺點(diǎn)在于：1.解離二維材料的過程中，會(huì)有大量氣體分子吸附到二維材料表面而使器件性能下降；2.大氣或者手套箱環(huán)境會(huì)使活潑的二維材料變質(zhì)，可能使得制備出器件失效；3.在大氣或者手套箱環(huán)境中制備的器件可能在界面束縛很多的雜質(zhì)，從而影響器件性能；4.現(xiàn)有的薄膜蒸鍍技術(shù)需要使用電子束膠，電子束膠難以完全清除，導(dǎo)致器件性能下降，金屬接觸變差。5.現(xiàn)有的二維器件制備過程需要大量的手工操作，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種二維器件真空制備系統(tǒng)及其方法，通過在真空環(huán)境中制備二維器件，能夠最大程度地避免樣品變質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種二維器件真空制備系統(tǒng)。所述二維器件真空制備系統(tǒng)包括：預(yù)抽真空單元，用于傳遞二維材料；器件制備單元，能夠與所述預(yù)抽真空單元相連通或斷開，用于解離所述二維材料；電極蒸鍍和薄膜生長單元，能夠與所述器件制備單元相連通或斷開，用于制作二維器件的電極；監(jiān)控單元，用于對所述二維器件真空制備系統(tǒng)內(nèi)二維器件的制備進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察；以及自動(dòng)化控制單元，用于對所述二維器件真空制備系統(tǒng)內(nèi)二維器件的制備進(jìn)行控制。

其中，所述預(yù)抽真空單元包括用于對所述預(yù)抽真空單元內(nèi)進(jìn)行抽真空的第一抽氣裝置，所述器件制備單元包括用于對所述器件制備單元內(nèi)進(jìn)行抽真空的第二抽氣裝置，所述電極蒸鍍和薄膜生長單元包括用于對所述電極蒸鍍和薄膜生長單元內(nèi)進(jìn)行抽真空的第三抽氣裝置。

可選地，所述預(yù)抽真空單元包括限定預(yù)抽真空腔體的預(yù)抽真空殼體、以及設(shè)置在所述預(yù)抽真空殼體上的樣品架、傳樣桿和視窗，所述第一抽氣裝置為分子泵，用于對所述預(yù)抽真空腔體進(jìn)行抽真空，所述樣品架用于支撐放置樣品的樣品托，所述傳樣桿用于將放置有樣品的樣品托傳送到所述器件制備單元，所述視窗用于對所述預(yù)抽真空腔體內(nèi)部進(jìn)行觀察。