基于水辅助的纳米材料高可靠转移方法

本发明涉及材料，具体涉及一种基于水辅助的纳米材料高可靠转移方法。

背景技术：

1、纳米材料转移目前主要有湿法转移和干法转移两种方式。针对二维电子器件而言，高精度、高效且无损的转移方式对器件的质量至关重要。湿法转移方法虽然简便但不能实现精准转移，且容易引入化学物质的污染，影响材料界面的清洁度。目前，干法转移技术能实现高精度和无损地转移纳米材料，而且采用干法转移金属电极构建的二维材料晶体管比直接在二维材料表面沉积金属电极具有更少的界面缺陷和更优异的电学性能。

2、现有的干法转移技术的特点在于利用pdms作为转移的载体，通过粘起待转移材料，利用干法转移平台实现高精度定位和pdms的热释放特性实现材料转移。由于pdms具有加热后粘性降低的特性，在定位完成后通过加热使pdms粘性降低，进而缓慢抬起pdms实现与待转移材料分离，这也是决定干法转移能否成功的最关键一步。目前，利用干法转移多层二维材料的成功率较为理想。然而，利用干法转移技术搭建晶体管时，需要在牺牲衬底上直接采用光刻和金属沉积等方式制备金属电极，然后在表面旋涂pmma以固定金属电极的阵列结构，并浸泡于koh溶液进行剥离，将得到的pmma薄膜进行干法转移。在此情况下，由于pdms与pmma电极薄膜之间粘性较大，在定位后仅仅通过加热和抬升难以实现两者的界面分离，从而导致转移失败。因此，构建一种在定位后能高效促进pdms与待转移材料界面分离的高精度转移方法，有利于进一步增加干法转移材料的成功率，并提高异质结和二维半导体电子器件等领域的制造效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种基于水辅助的纳米材料高可靠转移方法。本发明通过构建带有微纳结构的pdms，利用水蒸汽润湿微纳结构，然后再粘起待转移材料，在干法转移平台进行精准定位和高效转移。在定位后，通过加热使微纳结构中的水快速蒸发，促使pdms与待转移材料之间分离，而且待转移材料不容易起皱,从而实现成功转移，提高了金属电极薄膜和不易水解的二维材料等利用干法转移的成功率。

2、基于水辅助的纳米材料高可靠转移方法的具体步骤如下：

3、s1)衬底清洗及转移材料制备：利用丙酮、酒精和去离子水超声清洗衬底，制备目标材料和待转移材料，将目标材料置于衬底上构建“目标材料/衬底”结构；

4、s2)pdms下表面微纳结构制备：使用pdms主剂和固化剂，按照10:1的质量比进行混合，并倒入放有预先清洗过的纳米结构模具的干净培养皿中，加热固化；

5、s3)pdms微纳结构存储水：干净的烧饼中倒入适量的水，加热使烧杯中的水沸腾，用夹具夹取pdms即纳米结构侧朝下放于烧杯内，利用水蒸气浸润微纳结构；

6、s4)pdms粘起待转移材料：pdms没有微纳结构的一层贴在洁净载玻片上，利用水蒸气润湿微纳结构的一层粘起待转移材料，构建“载玻片/pdms/待转移材料”结构；

7、s5)干法转移平台构建：将“目标材料/衬底”固定于样品台，将“载玻片/pdms/待转移材料”翻转放于悬臂，利用显微镜确定目标位置，并移动悬臂使待转移材料的下表面刚好贴近目标材料的上表面；

8、s6)pdms与待转移材料分离：设置加热台的温度和加热时间，加热完成后抬起悬臂，pdms与待转移材料界面分离，材料转移成功。

9、进一步地，步骤s1)中可采用化学气相沉积法(cvd)、机械剥离法、光刻技术和沉积金属等方法分别制备目标材料和待转移材料，目标材料包括但不限于二维材料、绝缘介质层等，待转移材料包括但不限于二维材料、金属阵列电极、柔性薄膜和纳米线等。；

10、进一步地，步骤s2)所述的模具可采用dvd，cd和bd等光盘的表面微纳结构；

11、进一步地，步骤s6)中确定“载玻片/pdms/待转移材料”的位置后，利用加热台给样品台加热，设置温度设置高于90℃，加热时间为2分钟，通过显微镜可观察到pdms与待转移材料界面存在水的蒸发，促进两者界面分离，使待转移材料与目标材料紧密贴合。

12、本发明的技术原理如下：

13、本发明基于现有的干法转移技术，对pdms转移载体进行改进。本发明将光盘表面结构当做模板，制备一侧带有微纳结构的pdms，其主要目的是让pdms该侧表面更加亲水。然后使水蒸汽润湿pdms表面结构，使其存入少量的水，而且能降低pdms该侧的表面粘性。再用pdms有微纳结构的一侧粘起待转移材料进行干法转移的操作。在干法转移过程中，利用转移平台确定“pdms/待转移材料”的位置后，通过加热实现pdms表面微纳结构中水的蒸发，促进pdms与待转移材料的界面分离，使材料成功转移到目标位置并与目标材料贴合，提高了金属电极薄膜和二维材料等利用干法转移的成功率。

14、本发明的优点及有益效果如下：

15、本发明涉及异质结和二维半导体电子器件制造制造领域，主要解决在干法转移定位完成后pdms与待转移材料存在界面难以分离的问题，以提高干法转移技术的成功率和普适性。本发明所提出的一种基于水辅助的纳米材料高可靠转移方法，通过改进现有的干法转移方式，构建一侧表面带有微纳结构的pdms，在水蒸气润湿后粘起待转移材料。pdms带有微纳结构的一侧会更加亲水，并且表面粘性会降低。在定位完成后，由于pdms具有热释放性，通过加热会进一步降低表面粘性，而且加热会促进微纳结构中水的蒸发，加快pdms与待转移材料界面的分类，从而提高利用干法转移技术的成功率。本发明的转移方法不仅适用于二维材料，也适用于大面积薄膜转移，并且能形成良好的范德华接触界面。此外，基于本转移方法构建的二维材料半导体晶体管具有良好的栅极调控作用和较低的接触电阻。

技术特征：

1.一种基于水辅助的纳米材料高可靠转移方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于水辅助的纳米材料高可靠转移方法，其特征在于：所述步骤s1)中采用化学气相沉积法cvd、机械剥离法、光刻技术和沉积金属方法分别制备目标材料和待转移材料，所述目标材料为二维材料或绝缘介质层，所述待转移材料为二维材料、金属阵列电极、柔性薄膜或纳米线中任一种。

3.根据权利要求1或2所述的基于水辅助的纳米材料高可靠转移方法，其特征在于：所述步骤s2)中的模具采用dvd，cd和bd光盘的表面微纳结构。

4.根据权利要求3所述的基于水辅助的纳米材料高可靠转移方法，其特征在于：所述步骤s6)中确定“载玻片/pdms/待转移材料”的位置后，利用加热台给样品台加热，设置温度和加热时间，利用显微镜观察到水的蒸发和待转移材料与目标材料贴合。

技术总结
本发明公开了一种基于水辅助的纳米材料高可靠转移方法，该方法通过制备带有微纳结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)，并在其表面微纳结构中存储少量的水分子，通过加热使微纳结构中水快速蒸发，促进PDMS与待转移材料的分离，而且待转移材料不容易起皱，提高了干法转移纳米材料和大面积薄膜材料的成功率，适用于利用干法转移构建异质结和二维半导体器件等制造领域。

技术研发人员：胡耀武,许硕恒
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15