[發明專利]二維材料在不同襯底間的轉移方法

在審

• 申請號: 202310098330.8
• 申請日: 2023-02-10
• 公開（公告）號: CN116067734A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 閆家旭;李治樸;趙尋;劉雷;申德振
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 長春中科長光知識產權代理事務所(普通合伙) 22218
• 代理人: 郭婷

本發明涉及二維材料轉移技術領域，尤其涉及一種二維材料在不同襯底間的轉移方法。二維材料在不同襯底間的轉移方法包括如下步驟：使用堿金屬鹵化物制作襯底；將機械剝離的原始樣品粘附在襯底表面，在光學顯微操作臺上選出目標樣品；在襯底的旁邊滴加去離子水使目標樣品漂浮，通過探針挑起目標樣品并將其移動到硅片上；對目標樣品上殘留的堿金屬鹵化物進行后續處理，完成二維材料的轉移。本發明能夠解決樣品附帶較難去除的污染物的問題，同時使用納米級鎢針，可以挑起較小尺度的樣品且不易對樣品造成破壞，實現對樣品的無損轉移。

技術領域

本發明涉及二維材料轉移技術領域，特別涉及一種二維材料在不同襯底間的轉移方法。

背景技術

二維材料因其獨特的特性而在材料科學界受到了極大的關注，如多功能能帶結構、高載流子遷移率、可調諧光電特性、高催化活性等，這些二維構建模塊也使各種新穎結構的構建成為可能，如具有新特性和功能的范德華異質結構。在過去的幾年中，已經開發了幾種方法來將二維材料轉移和集成到功能結構中諸如聚合物層輔助濕法轉移、干法轉移、表面能輔助、楔形轉移、熱釋放膠帶輔助、表面能輔助、鼓泡轉移以及真空熱壓法等轉移技術已大量應用于2D材料的研究中。然而，在轉移階段經常發生一些問題如對樣片造成損傷或污染，如聚合物殘留，往往會造成性能的下降。克服這些問題的關鍵是要開發出一種干凈、可行、精確的轉移方法，這樣二維材料的研究和應用才能不受阻礙地進行和發展。

轉移二維材料的一個基本挑戰是將二維材料從原始基板上分離出來，而不對它造成破壞或引入污染。現有的表面能輔助法具有較大優勢，將機械剝離于硅片上的樣品放置在乙醇溶液中，較低的體系吉布斯自由能和較弱的MoS₂與乙醇之間的黏附能使乙醇溶液自發地嵌入到MoS₂與SiO₂之間，有利于二維材料與原基體的分離。2D材料和襯底之間的粘附能量減少，使探針能夠撬起二維材料。通過探針的精確控制，2D材料可以成功地轉移到目標基板上。一旦2D材料被放置在目標位置上，乙醇就會自動蒸發，退火后整個轉移過程就完成了。但是由于硅片與樣品之間依然存在一定的吸附力，探針無法直接伸入其中的間隙，需要對樣品反復撥動，這樣很容易對樣品造成損害。另外，對于二維材料在量子光學方面的應用，殘留的乙醇溶液會影響單光子發射性能。

聚合物濕法轉移是現有技術中應用較為廣泛的一種，使用PMMA等聚合物做支撐隨后用有機溶液溶解清洗掉。然而，在實際操作中樣品往往會有聚合物殘留對樣品造成污染，這無疑會影響到樣品的性能和使用。

發明內容

本發明的目的是為了克服已有技術的缺陷，提出一種二維材料在不同襯底間的轉移方法，能夠解決樣品附帶較難去除的污染物的問題以及對于較小尺度的樣品在轉移時容易造成破壞的問題。

為實現上述目的，本發明采用以下具體技術方案：

本發明提供的一種二維材料在不同襯底間的轉移方法，包括如下步驟：

S1、使用堿金屬鹵化物制作襯底；

S2、將機械剝離的原始二維材料樣品粘附在襯底表面，將襯底放

置在光學顯微操作臺上，使用物鏡選出目標二維材料樣品；

S3、將探針固定在光學顯微操作臺上并進行調節，在襯底的旁邊緩慢滴加去離子水，使目標二維材料樣品漂浮；

S4、將探針伸到目標二維材料樣品的底部，挑起目標二維材料樣品；

S5、將使用堿金屬鹵化物制作的襯底換為硅片，移動探針將目標二維材料樣品置于硅片上，完成目標二維材料樣品的初步轉移；

S6、對目標二維材料樣品上殘留的堿金屬鹵化物進行后續處理，完成目標二維材料樣品的轉移。

進一步地，堿金屬鹵化物為氯化鈉或氯化鉀或溴化鉀。

進一步地，襯底尺寸為10mm×10mm×1mm。

進一步地，光學顯微操作臺為手動操作臺，x軸、y軸、z軸移動范圍均為13mm，分辨率均為0.01mm。