[發明專利]一種晶圓級二維材料的潔凈轉移方法

有效

• 申請號: 202011194354.6
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112265985B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 張永娜;姜浩;黃德萍;李占成;史浩飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院;重慶大學
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194;C01B21/064;C01G39/06;C01B19/04
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種晶圓級二維材料的潔凈轉移方法，屬于二維材料應用技術領域。本發明公開了一種晶圓級二維材料的潔凈轉移方法，主要是通過將不同分子量的聚甲基丙烯酸甲酯混合形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液，從而提高在二維材料表面旋涂后形成的PMMA支撐層的韌性以及厚度，以解決晶圓級二維材料在轉移過程中存在的力學支撐問題，避免轉移破損；同時本發明還通過紫外光輻照降解的方法，使PMMA厚膜降解減薄，最終結合溶劑溶解去除PMMA薄膜，實現晶圓級二維材料的潔凈轉移。

技術領域

本發明屬于二維材料應用技術領域，具體涉及一種晶圓級二維材料的潔凈轉移方法。

背景技術

近年來，由于二硫化鉬、氮化硼、石墨烯等二維材料的光電特性，其日益受到學術界和產業界的關注。然而隨著高截止頻率晶體管、寬譜紅外、柔性OLED等基于二維材料的光電器件的研制不斷深入，二維材料大尺寸潔凈轉移的問題也逐步凸顯。

目前，高質量二維材料均通過在金屬襯底上催化制備得到，因此在使用高質量二維材料之前必須將其轉移至合適的目標基底上。現有技術中常用的主流轉移方法為液相刻蝕法，其中用于轉移二維材料的主要材料有：聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、熱釋放膠帶(thermal release tape，TRT)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、松香(Rosin)、石蠟、萘、樟腦、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)等。然而上述涉及到的轉移材料存在轉移污染、轉移破損等問題，不能滿足二維材料光電器件進一步產業化的需求。例如：熱釋放膠帶(TRT)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)由于其本身支撐層較厚，可達數百微米，因而能支撐大尺寸二維材料轉移，然而，TRT和PDMS轉移釋放需要二維材料與目標基底實現原子尺度的緊密貼合，這對于大面積轉移很難做到，灰塵等異物、表面突起、褶皺、油污等均會造成二維材料轉移破損；此外，TRT和PDMS還存在膠層轉移污損的問題；另外的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚碳酸酯(PC)、石蠟等其它材料轉移時形成的支撐膜較薄(約100nm)，僅能實現1cm左右尺寸的二維材料轉移；因此若增加轉移的二維材料的面積則會導致PMMA等上述材料形成的支撐膜破裂而導致所轉移二維材料破裂。

因此為了適應二維材料光電器件的產業化發展，亟需對二維材料在轉移環節遇到的問題進行進一步深入，以實現晶圓級尺寸二維材料的無破損和無沾污轉移。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種晶圓級二維材料的潔凈轉移方法。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

1.一種晶圓級二維材料的大面積潔凈轉移方法，所述方法包括如下步驟：

(1)配制聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液：將重均分子量大于等于100萬的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和重均分子量小于等于1萬的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合，加入有機溶劑溶解形成固含量為3～15％的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液，所述重均分子量小于1萬的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的質量占比為30～60％；

(2)催化襯底/二維材料與韌性PMMA支撐層復合：在催化襯底/二維材料的二維材料表面旋涂所述聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液，加熱干燥形成厚度為0.5～2μm的韌性PMMA支撐層，復合得到催化襯底/二維材料/韌性PMMA支撐層；

(3)去除催化襯底：將所述催化襯底/二維材料/韌性PMMA支撐層進行刻蝕或分離除去催化襯底形成二維材料/PMMA支撐層，然后將所述二維材料/PMMA支撐層的二維材料面轉移至目標襯底上形成韌性PMMA支撐層/二維材料/目標襯底；

(4)除去韌性PMMA支撐層：將所述韌性PMMA支撐層/二維材料/目標襯底置于紫外下進行光輻照降解，然后將其置于酮類溶劑中溶解去除殘留韌性PMMA支撐層即可。