一种解理装置

1.本实用新型涉及微纳加工技术领域，尤其是涉及一种解理装置。


背景技术：

2.当前，二维材料的研究带来了许多新奇的物理效应和优异的器件性能，在场效应管、光电器件、热电器件等领域应用广泛，扩大了对材料功能与性质的认知，对二维材料各项功能的研究，将对未来电子元器件的开发和应用具有积极影响。目前，通过晶体机械剥离方法可获得高质量二维材料，该方法简单、高效且便捷，然而目前的机械剥离手段大都由人工手动获得，不仅产率不高，而且参数无法量化，重复性差。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种解理装置，能够对按压力实现量化可控，减少了人为因素的影响，提高材料解理加工的可重复性。
4.本实用新型实施例提供了一种解理装置，包括：
5.承载机构，包括限位件、载台和压力检测器，所述载台具有工作面，所述工作面用于承载待按压的衬底，所述限位件具有安装腔，所述载台和所述压力检测器位于所述安装腔中，所述安装腔的腔壁限制所述载台在垂直于所述工作面的方向运动，所述限位件对应于所述工作面设置有连通于所述安装腔的开口；
6.按压机构，包括按压台、连接件和驱动件，所述按压台连接于所述连接件且在垂直于所述工作面的方向对齐于所述载台，所述驱动件用于驱动所述连接件沿垂直于所述工作面的方向移动所述按压台，所述按压台用于获取附有二维材料的胶带并将所述胶带按压至所述衬底上，所述载台位于所述压力检测器和所述按压台之间，所述压力检测器用于检测所述按压台对所述载台的压力。
7.本实用新型实施例的解理装置至少具有如下有益效果：按压台连接于连接件，驱动件驱动连接件沿垂直于工作面的方向移动按压台，从而实现施加不同的压力。压力检测器可精确显示附着在其上的压力，从而反应出解理过程中按压台将胶带按压至衬底的力度，因此量化了解理过程的参数。由此，对按压力实现量化可控，减少了人为因素的影响，提高材料解理加工的可重复性。
8.根据本实用新型一些实施例的解理装置，所述安装腔具有圆柱形的腔壁，且所述腔壁的轴线垂直于所述工作面；所述载台具有圆柱形的外壁，所述载台与所述安装腔同轴设置，所述外壁贴合于所述腔壁且能够沿所述腔壁滑动。
9.根据本实用新型一些实施例的解理装置，所述载台具有加热模块，用于加热所述工作面上的所述衬底。
10.根据本实用新型一些实施例的解理装置，所述加热模块包括加热器和温控仪，所述加热器设置于所述载台的内部，所述加热器能够通电加热，用于加热所述载台以对所述
工作面上的所述衬底加热，所述温控仪电连接于所述加热器，用于调节所述加热器的温度。
11.根据本实用新型一些实施例的解理装置，所述压力检测器包括电子秤，所述电子秤抵持于所述载台背离所述按压台的一侧。
12.根据本实用新型一些实施例的解理装置，还包括密闭装置，内部具有空腔，所述承载机构设置于所述空腔中，所述密闭装置在对应于所述限位件的开口的位置开设有密封口，所述密封口内设置有密封件；所述连接件穿设于所述密封口中，并通过所述密封件与所述密封口密封连接并能够相对所述密封口沿垂直于所述工作面的方向移动，所述按压台位于所述空腔中，所述驱动件位于所述空腔外。
13.根据本实用新型一些实施例的解理装置，还包括抽真空装置，所述密闭装置还设置有连通于所述空腔的真空接口，所述抽真空装置通过真空管道连接于真空接口，并与所述空腔连通，抽真空装置用于对所述空腔抽真空。
14.根据本实用新型一些实施例的解理装置，所述密闭装置还设置有连通于所述空腔的气体接口，所述气体接口连接有气体管道，所述气体管道上设置有阀门，所述阀门用于切换所述气体管道的通断。
15.根据本实用新型一些实施例的解理装置，所述密闭装置还设置有气压表，所述气压表用于测量并显示所述空腔内的气压。
16.根据本实用新型一些实施例的解理装置，还包括显示器，所述显示器电连接于所述压力检测器，所述显示器位于所述密闭装置的外部，用于显示所述压力检测器的数值。
17.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
18.图1为本实用新型实施例的解理装置的示意图；
19.图2为本实用新型另一实施例的解理装置的示意图。
20.附图标记：
21.承载机构100，载台120，工作面121，限位件130，安装腔131，腔壁132，开口133，压力检测器140，显示器150，温控仪160；
22.按压机构200，按压台210，连接件220，光杆221，丝杆222，驱动件230，支架240；
23.密闭装置300，空腔310，密封口320，密封件330，真空接口340，气体接口350，气压表360，航空接头370；
24.抽真空装置400，真空管道410。
具体实施方式
25.以下将结合实施例对本实用新型的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。
26.在本实用新型实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便
于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.在本实用新型实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本实用新型实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
28.图1本实用新型实施例的解理装置的示意图，参考图1，本实用新型实施例的解理装置，包括承载机构100和按压机构200，承载机构100包括限位件130、载台120和压力检测器140，载台120具有工作面121，工作面121用于承载待按压的衬底，限位件130对应于按压台210的位置具有安装腔131，载台120和压力检测器140位于安装腔131中，且载台120位于压力检测器140和按压台210之间，安装腔131的腔壁132限制载台120在垂直于工作面121的方向运动。
29.按压机构200包括按压台210、连接件220和驱动件230，按压台210连接于连接件220且在垂直于工作面121的方向对齐于载台120，限位件130对应于工作面121设置有连通于安装腔131的开口133，以供按压台210进入安装腔131进行按压操作。
30.驱动件230用于驱动连接件220沿垂直于工作面121的方向移动按压台210，按压台210用于获取附有二维材料的胶带并将胶带按压至衬底上，压力检测器140用于检测按压台210对载台120的压力。驱动件230驱动连接件220沿垂直于工作面121的方向移动按压台210，从而通过驱动件230的进给实现施加不同的压力。安装腔131的腔壁132限制载台120在垂直于工作面121的方向运动，可通过机械结构设计实现精准对位，从而省略对于按压位置繁琐的调节操作，结构简单操作方便，并且，保证按压过程均匀施力。压力检测器140可精确显示附着在其上的压力，从而反应出解理过程中按压台210将胶带按压至衬底的力度，从而量化了解理过程的参数，对按压力实现量化可控，减少了人为因素的影响，提高材料解理加工的可重复性。
31.在一些实施例中，限位件130的安装腔131具有圆柱形的腔壁132，且腔壁132的轴线垂直于工作面121，例如，限位件130可以设置为筒状结构。载台120具有圆柱形的外壁，载台120与安装腔131同轴设置，外壁贴合于腔壁132且能够沿腔壁132滑动，例如，载台120可以设置为圆柱状结构，载台120与安装腔131可采用间隙配合。由此腔壁132能够起到限制载台120在垂直于工作面121的方向运动的作用，按压台210也是在垂直于工作面121的方向运动以及施力，从而避免按压过程载台120发生偏斜而影响贴合以及按压力的测量。
32.上述实施例中，压力检测器140可选用电子秤，电子秤抵持于载台120背离按压台210的一侧，并连接用于显示电子秤读数的显示器150，通过力和重量的换算，即可通过按压时电子秤显示的重量控制驱动件230的进给，从而获取所需的按压力度。压力检测器140可选用压力传感器，并连接用于显示压力传感器数值信号的显示器150，即可实时检测按压力度。驱动件230可以为工业驱动常用的步进电机，也可以为可手动控制的手柄。连接件220为丝杆222，一端连接于按压台210，另一端连接于驱动件230，可采用支架240进行固定，支架
240上设置用于配合丝杆222旋接的螺纹孔，支架240与载台120相对静止固定。因此，通过驱动件230驱使连接件220旋转，即可实现按压台210的进给，机构简单且操作方便。
33.在一些实施例中，载台120具有加热模块，用于加热工作面121上的衬底，以除去衬底表面吸附的水汽等，以免影响粘贴的牢固性，同时也可以为衬底预热，有助于提高二维材料按压于衬底的紧密度。具体的加热温度和持续时间可根据实际需求合理配置。其中，加热模块包括加热器和温控仪160，加热器可采用陶瓷加热片及热电偶等常规的能够通电加热的器件，加热器内置于载台120的内部，用于加热载台120以对工作面121上的衬底加热。温控仪160电连接于加热器，用于调节加热器的温度，由此，能够设置加热温度和加热时间，以高效地满足加工需求。
34.图2为本实用新型另一实施例的解理装置的示意图，参考图2，本实用新型另一些实施例的解理装置还包括密闭装置300，密闭装置300内部具有空腔310，承载机构100设置于该空腔310中，并且密闭装置300在对应于限位件130的开口133的位置开设有密封口320。连接件220包括相互连接的光杆221和丝杆222，按压台210连接于光杆221并位于空腔310中，丝杆222位于空腔310的外部，具有外螺纹结构，驱动件230位于空腔310外并连接于丝杆222。密封装置上还设置有支架240，支架240上设置用于配合丝杆222旋接的螺纹孔，丝杆222旋接于该螺纹孔。因此，通过驱动件230驱使连接件220旋转，即可实现按压台210的进给，机构简单且操作方便。光杆221穿设于密封口320中，密封口320内设置有密封件330。连接件220的光杆221通过密封件330与密封口320密封连接并能够相对密封口320沿垂直于工作面121的方向移动，密封件330可以为橡胶密封圈，能够较好地贴合光杆221的外周实现空腔310的密封，同时对光杆221的轴向移动影响小。
35.基于上述实施例，密闭装置300还设置有连通于空腔310的真空接口340，用于连接抽真空装置400，从而能够对密封装置的空腔310抽真空，因此，可以在真空环境下实现按压操作，提高按压样品的密实程度，从而提高解理的效率。一些实施例的解理装置还包括抽真空装置400，抽真空装置400通过真空管道410连接于真空接口340，并与空腔310连通，抽真空装置400用于对空腔310抽真空。真空管道410上可相应设置阀门，通过阀门的开闭实现真空管道410的通断，阀门闭合时，空腔310与真空管道410的连通被断开，由此保持空腔310的密闭性。
36.在一些实施例的解理装置中，密闭装置300还设置有连通于空腔310的气体接口350，气体接口350连接有气体管道，气体管道上设置有阀门，阀门用于切换气体管道的通断。因此，可以在通过气体接口350向空腔310内通入气体以形成设定的气体环境或气压环境，例如，可以通过气体接口350向空腔310内反复多次充放高压气体(可以选择惰性气体)，能够有效去除胶带与衬底之间由于贴合产生的气泡，提高按压样品的密实程度，从而提高解理的效率。密闭装置300还可设置气压表360，气压表360用于测量并显示空腔310内的气压。例如，选用正负气压表360，能够用于监测真空度，也可以用于充放气体过程空腔310内部气压的检测。
37.在一些实施例中，密闭装置300还设置有航空接头370，便于空腔310内的器件与外部接线连接，例如加热器与温控仪160的接线连接、电子秤与用于显示电子秤读数的显示器150的接线连接等等。
38.由上述可知，本实用新型实施例的解理装置，作为二维材料机械剥离辅助装置，实
现一种量化的解理按压装置，一些实施例的解理装置还能够有效除泡，应用于二维材料的解理，具有较好的重复性，能够提高效率，适用于大量材料的解理加工，从而有助于二维材料的研究。
39.参考图1和图2，应用本实用新型实施例的解理装置进行解理加工的方法包括如下步骤：
40.将待按压的衬底固定于载台120的工作面121，利用胶带对二维材料块材进行机械解理，然后将胶带固定于按压台210，且具有二维材料的一面朝向载台120的工作面121；
41.控制驱动件230驱使连接件220带动按压台210朝向载台120移动，将胶带按压至衬底上，并对衬底施加设定值的按压力，通过压力检测器140检测按压力，按压设定时间后撤除按压台210的按压力，驱使按压台210移动远离载台120，使胶带和衬底分离，完成解理。
42.上述方法中，将胶带按压至衬底上的过程可在具有设定真空度的环境下进行，可提高按压样品的密实程度，从而提高解理的效率。
43.上述方法中，按压过程在密闭装置300中进行，撤除按压台210的按压力后，先对密闭装置300中反复充放高压气体，再驱使按压台210移动远离载台120，能够有效去除胶带与衬底之间由于贴合产生的气泡，提高按压样品的密实程度，从而提高解理的效率。。
44.参考图1和图2，以下是采用上述一个实施例的解理装置进行解理操作的方法，详细步骤示例如下：
45.步骤1：通过超声清洗衬底，并利用胶带解理开二维材料块材，随后将胶带反扣固定到按压台210上，未粘附有二维材料的一面贴靠按压台210；
46.步骤2：将清洗干净的衬底固定到位于密闭装置300的空腔310内的载台120上，将整个空腔310密封，并利用抽真空装置400抽真空，使其真空度低于1pa；
47.步骤3：使载台120加热模块工作，加热器升温到120度，烘烤干净衬底上吸附的水分，烘烤时间持续约10分钟；
48.步骤4：使驱动件230转动连接件220，以驱使按压台210移动，将固定在按压台210上的胶带接触衬底，并对衬底施加10至30公斤的力，通过电子秤实时监测按压力，按压时间持续约10分钟；
49.步骤5：缓慢转动连接件220，撤去按压台210施加的压力，然后向密闭装置300的空腔310内反复充放高压气体，除去胶带与衬底之间的气泡；
50.步骤6：待衬底完全冷却后，继续转动连接件220，使按压台210远离载台120，使胶带和硅片在真空环境下分离，实现解理。
51.由上述实施例可知，本实用新型实施例的解理装置能够量化解理过程参数，减少人为因素的影响，而且，一些实施例中，还能实现真空贴合和/或除泡，显著提高按压的紧密程度，从而提升解理效率，有益于二维材料的研究。
52.上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。