[發明專利]一種拾取石墨電極組的方法

在審

• 申請號: 202310241906.1
• 申請日: 2023-03-14
• 公開（公告）號: CN116281840A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 段俊熙;馮啟;彭慧民;鐘錦銳;胡虞卿;李秋利
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;C01B32/21
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 周蜜

本發明涉及一種拾取石墨電極組的方法，屬于微納加工技術領域。將由襯底和襯底上的石墨電極組組成的樣品A在真空下于230～290℃退火10～14h；用轉移部件直接拾取時，將退火后的樣品A在由乙醇和水按1:(2.7～3.3)的體積比組成的混合溶液A中密封浸泡14～18h；當用附著有二維材料的轉移部件拾取時，將退火后的樣品A在由乙醇、含5wt％氨的氨水和水按1:(0.6～1):(2.7～3.3)的體積比組成的混合溶液B中密封浸泡14～18h；吹干浸泡后的樣品A，用轉移部件中的h?BN或轉移部件上附有二維材料的一面完成對石墨電極組的拾取。所述方法通過退火和浸泡步驟提高了對石墨電極組的拾取效率和成功率。

技術領域

本發明涉及一種拾取石墨電極組的方法，屬于微納加工技術領域。

背景技術

二維材料由于其原子層厚度的量子限域效應所產生的奇異物理性質受到了廣泛的關注。在探究二維材料物理性質和器件性能的過程中，二維器件的電學接觸很大程度決定了器件性能。因此，如何制備電極并實現電極與二維材料之間的良好歐姆接觸成為了科學研究和器件工藝關注的重點。

通常的做法采用電子束曝光或紫外曝光等微納加工手段，并結合金屬蒸發鍍膜的方式來制備目標電極。然而由于加工過程中沒辦法保證器件能夠完全處于低水氧含量的環境中；所述低水氧含量的環境中，水和氧氣的含量均小于0.01ppm；因此導致暴露在空氣中的二維材料，會在表面吸附水氧或其他雜質，導致材料表面退化。這一退化層在金屬電極沉積時，會在二者界面處出現費米釘扎現象，甚至該退化層會成為絕緣層，使得金屬電極與二維材料的接觸電阻變大。因此，這一制備流程對于空氣敏感材料并不適用。此外，由于二維材料具有易堆疊的特性，其本身適用于制備多層堆疊的器件。但是常用的微納加工方式不適用于二維材料在多層堆疊的器件中的加工。

在上述兩種情況下，預制金屬電極可以有效解決問題。然而，預制金屬電極也存在一些問題，例如，電極的金屬種類較少，一般為金，僅可與部分材料的功函數匹配實現較好的歐姆接觸；預制金屬電極的厚度一般在15nm到20nm，其對于二維材料來講較厚，使得異質結并不能與襯底之間緊密貼合，甚至“懸浮”在襯底上，對隨后的器件加工造成影響。

這種情況下，擁有費米面易調控優勢的石墨電極被用做二維材料與金屬之間接觸的“橋梁”。這一方法的優勢比較明顯。首先，石墨由于其費米能級可以調控，因此能夠與大部分二維材料形成良好的歐姆接觸。其次，石墨的厚度可以減小到單層，使得器件完全沒有與襯底貼合不緊密的問題。再次，因為石墨與金屬的接觸可以采用邊緣接觸的方法，所以更有利于對全氮化硼包夾的空氣敏感樣品的加工。

然而，采用石墨作為二維材料與金屬之間接觸的“橋梁”還存在一個至關重要的技術難題，即對石墨電極的拾取會極大地增加微納器件制備難度。目前拾取石墨的方法就是用氮化硼(h-BN)直接對未經過任何處理的石墨進行拾取，這種拾取方法存在的問題如下：在微納器件制備中需要多少個石墨電極就需要拾取多少次石墨，例如，一個微納器件需要6個石墨電極，則現有方法需要拾取6次石墨，且在拾取過程中，并不是每一次拾取都能夠獲得需要的石墨電極，會有拾取失敗的情況。這就意味著，如果需要6個石墨電極，那么至少需要拾取6次石墨。因此，拾取石墨的環節使微納器件的制備過程非常繁復，增加了微納器件的制備難度。

另外，在多層堆疊的器件的制備中，由于需要多次拾取目標二維材料，每一層二維材料均需要拾取相應的石墨電極用做接觸，也就是說，每一層二維材料都需要與設定數量的石墨電極的一端接觸，如此導致拾取次數成倍增加，相應地，石墨電極拾取的成功率會隨著拾取次數的增加而極大降低。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種拾取石墨電極組的方法，所述方法能夠提高對石墨電極組的拾取效率和成功率，降低微納器件的制備過程的繁復程度，提高微納器件制備的成功率。

為實現本發明的目的，提供以下技術方案。

一種拾取石墨電極組的方法，所述方法步驟如下：