一种二维过渡金属硫属化合物薄膜大面积转移的方法及其应用与流程

本发明涉及一种二维过渡金属硫属化合物薄膜大面积转移的方法及其在制备电子或光电子器件方面的应用，属于二维材料电子器件技术领域。

背景技术：

自戈登·摩尔提出摩尔定律以来，集成电路芯片上所集成的器件的数目，每隔18个月就翻一倍，微处理器的性能每隔18个月提高一倍；同时，晶体管的尺寸也在不断缩小。目前，商业化的芯片已经发展到10纳米节点。但是随着尺度逼近量子极限，短沟道效应带来的漏电和功耗问题制约了晶体管的不断微缩进程。研究新型二维材料是延续摩尔定律的重要途径之一。过渡金属硫属化合物是一类二维半导体材料，其具有1-2ev的带隙、良好的空气稳定性和工艺兼容性，并可以由化学气相沉积大面积合成，因此最适合逻辑器件集成。原子级的材料厚度，使得其能够在短沟道器件中仍保持优异的性能，特别是1纳米栅长器件的制备，展现了传统电子器件所不具备的优势。

目前，限制二维过渡金属硫属化合物电子和光电子器件发展的一个重要挑战是大面积、低界面态的介质层集成与无损转移。由于二维过渡金属硫属化合物仅有几个原子的厚度，对其直接转移，存在易破损、易卷曲、难操控、界面脏等问题，抑制了二维过渡硫属化合物在电子器件领域的发展及应用。目前主流的转移方法，需要先在二维过渡金属硫属化合物表面旋涂或者贴附一层聚合物薄膜，用聚合物薄膜作为支撑层，以保护二维过渡金属硫属化合物薄膜在转移中不易形变，破损；然后利用刻蚀液刻蚀生长衬底，实现二维过渡金属硫属化合物薄膜与生长衬底的分离，在此过程中，会对二维过渡金属硫属化合物薄膜产生一定的掺杂和破坏；再将二维过渡金属硫属化合物薄膜转移至目标衬底上后，需要用丙酮等有机溶剂或者热退火的方法去除这层聚合物薄膜。但是，聚合物薄膜去除是十分困难的，转移后的二维过渡金属硫属化合物薄膜依然会存在大量的聚合物残留，极大地降低了界面质量。

目前公开报道的方法均难以实现大面积、低界面态、无损伤的转移过渡金属硫属化合物薄膜。基于此，发明人研发了一种利用单层有机染料分子薄膜-介电质薄膜作支撑层实现大面积二维过渡金属硫属化合物薄膜的转移的方法。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术中转移过渡金属硫属化合物薄膜存在的易损伤、界面残余物等问题，本发明提供一种二维过渡金属硫属化合物薄膜大面积转移的方法，并提供了一种该方法转移的二维过渡金属硫属化合物薄膜用于电子或光电子器件的应用。

技术方案：本发明所述的一种二维过渡金属硫属化合物薄膜大面积转移的方法，包括如下步骤：

(1)制备大面积二维过渡金属硫属化合物薄膜；

(2)采用范德瓦尔斯外延生长技术、原子层沉积技术及表面涂覆技术在二维过渡金属硫属化合物薄膜表面依次形成单层有机染料分子薄膜、介电质薄膜和聚合物薄膜；

(3)将步骤(2)所得堆叠结构浸没在水中，使二维过渡金属硫属化合物薄膜/单层有机染料分子薄膜/介电质薄膜/聚合物薄膜四者的复合薄膜与生长衬底分离；

(4)将分离后的二维过渡金属硫属化合物/单层有机染料分子/介电质/聚合物复合薄膜与目标衬底结合，去除聚合物薄膜，即完成大面积二维过渡金属硫属化合物/单层有机染料分子/介电质复合薄膜的转移。

其中，二维过渡金属硫属化合物是过渡金属m与硫族元素x以mx2为化学组成形成的化合物，步骤(1)中制备的二维过渡金属硫属化合物薄膜即为这些化合物mx2的薄膜；二元化合物mx2包括但不限于二硫化钼、二硒化钼、二硫化钨、二硒化钨、二硫化铪、二硫化锆、二硫化铼、二硒化铼、二硫化铂、二硒化铂、二碲化钼、二碲化钨中的一种、或两种以上混合的合金化合物。具体而言，制备二维过渡金属硫属化合物薄膜的方法包括但不限于化学气相沉积法、物理气相沉积法、原子层沉积法或金属有机物化学气相沉积法，制备过程中采用的生长衬底包括但不限于氧化硅、蓝宝石、玻璃、氮化镓、碳化硅、金刚石等。以二硫化钼薄膜的生长为例，以氧化钼粉和硫粉为前驱反应物，以蓝宝石为衬底，间隔距离置于管式炉中，对管式炉抽真空厚，通入氩气作为载气，并加入炉体温度至600～1000℃，使得前驱反应物蒸发并反应，待生长一定时间后，即可在蓝宝石表面形成大面积的过渡金属硫属化合物薄膜。

上述步骤(2)中，有机染料分子薄膜包括不限于3,4,9,10-苝四酸二酐及其衍生物、3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺及其衍生物、红荧烯及其衍生物、n，n-二甲苯基苝酰亚胺及其衍生物中任一种的分子薄膜。介电质薄膜为能够通过原子层沉积技术制备的绝缘性薄膜，优选为氧化物薄膜，包括氧化铝薄膜、氧化铪薄膜、氧化锆薄膜、氧化钛薄膜或氧化镧薄膜等。聚合物薄膜可为有机聚合物中任一种的分子薄膜，优选聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚酰亚胺等。

较优的，步骤(2)中有机染料分子薄膜的生长方法为：以二维过渡金属硫属化合物薄膜为衬底、有机染料分子为生长源，置于真空蒸发设备中，对该设备抽真空后，加热、使有机染料分子蒸发，在二维过渡金属硫属化合物薄膜表面沉积形成单层的有机染料分子薄膜。优选的，加热真空蒸发设备至生长源位置处温度为150～300℃、保温0.1～3h，有机染料分子蒸发，在二维过渡金属硫属化合物薄膜表面沉积形成单层的有机染料分子薄膜。

介电质薄膜的生长方法优选为：将生长有单层有机染料分子薄膜的二维过渡金属硫属化合物转移至原子层沉积腔体，抽真空，将腔体温度升高至80～200℃，然后通入前驱体反应物，在二维过渡金属硫属化合物的种子层表面原位沉积得到超薄均匀的介电质薄膜。

采用表面涂覆技术生长聚合物薄膜时，其具体生长方法包括但不限于旋涂、滴涂、印刷、刮涂、喷涂、物理沉积或化学生长方法。

步骤(3)中，将步骤(2)所得产物浸没在水中，利用水渗透分离的原理，水分子会渗透进入二维过渡金属硫属化合物薄膜与生长衬底之间，使得二维过渡金属硫属化合物薄膜/单层有机染料分子薄膜/介电质薄膜/聚合物薄膜四者的复合薄膜与生长衬底分离。

步骤(4)中，分离后的二维过渡金属硫属化合物/单层有机染料分子/介电质/聚合物复合薄膜与目标衬底结合的方式可为贴合、压合或粘结等；去除聚合物薄膜的方法可为剥离、溶解、加热或化学反应。

由于二维过渡金属硫属化合物不直接接触聚合物薄膜，上述转移的二维过渡金属硫属化合物薄膜具有大面积的完整性与无污染的界面。转移到目标衬底上的二维过渡金属硫属化合物/单层有机染料分子/介电质复合薄膜可以用于电子或光电子器件中，比如场效应晶体管、光电晶体管、隧穿晶体管、存储器件等；具体而言，可用作电子或光电子器件的沟道层和介电层。

以场效应晶体管为例，以该转移到目标衬底上的二维过渡金属硫属化合物/单层有机染料分子/介电质复合薄膜作为沟道层和介电层的场效应晶体管可通过下述方法制得：

(1)在目标衬底上预先制备源漏电极；

(2)在生长衬底上制备大面积二维过渡金属硫属化合物薄膜；

(3)采用范德瓦尔斯外延生长技术、原子层沉积技术及表面涂覆技术在二维过渡金属硫属化合物薄膜表面依次形成单层有机染料分子薄膜、介电质薄膜和聚合物薄膜；

(4)将步骤(3)所得堆叠结构浸没在水中，使二维过渡金属硫属化合物/单层有机染料分子/介电质/聚合物复合薄膜与生长衬底分离；将分离后的复合薄膜与目标衬底结合，然后去除聚合物薄膜，在目标衬底上得到二维过渡金属硫属化合物/单层有机染料分子/介电质复合薄膜；

(5)制备顶栅电极，即得所需的场效应晶体管。

制备场效应晶体管器件时，二维过渡金属硫属化合物薄膜、有机染料分子薄膜及介电质薄膜的原料选择范围以及步骤(2)～(4)的工艺控制过程与上述大面积转移二维过渡金属硫属化合物薄膜的方法中相同。

发明原理：在聚合物薄膜与二维材料之间引入单层有机染料分子薄膜-介电质薄膜，改善了聚合物薄膜、二维材料以及目标衬底之间的结合，从而提高转移大面积二维过渡金属硫属化合物薄膜的结构完整性；另外，由于单层有机染料分子薄膜-介电质薄膜的阻隔和保护作用，转移介质更易于去除，显著减少聚合物薄膜的残留，使得二维过渡金属硫属化合物薄膜界面较干净，大幅降低界面态。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：(1)与传统的聚合物作支撑层的转移方法相比，本发明通过范德瓦尔斯外延生长技术和原子层沉积技术在二维过渡金属硫属化合物薄膜表面集成了单层有机染料分子薄膜-介电质薄膜，其可以保证二维过渡金属硫属化合物薄膜具有完整，干净的界面；同时，本发明的操作方法成本低廉，加工实现简单；(2)与传统的湿法转移方法相比，本发明利用水渗透分离的方法，避免了对二维过渡金属硫属化合物薄膜的掺杂、破坏；(3)利用本发明方法转移的二维过渡金属硫属化合物薄膜上的单层有机染料分子薄膜-介电质薄膜可以用作二维过渡金属硫属化合物薄膜电子器件的介电层，具有极低的界面态，可显著降低器件的亚阈值摆幅与工作电压，适用于多种形式下的电子及光电子器件应用，包括场效应晶体管、光电晶体管、隧穿晶体管、存储器件等，如采用该方法制备的场效应晶体管器件可有效减少漏电量，缓解短沟道效应；并可用于大规模集成电路的应用。

附图说明

图1为本发明的二维过渡金属硫属化合物薄膜大面积转移的方法流程图；

图2为实施例1中制备的聚乙烯醇薄膜/氧化铝薄膜/单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/二硫化钼薄膜/玻璃复合结构；

图3为实施例1中聚乙烯醇薄膜/氧化铝薄膜/单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/二硫化钼薄膜复合薄膜与玻璃完全分离的示意图；

图4为实施例1中转移到目标衬底上的二硫化钼薄膜/单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/氧化铝薄膜/聚乙烯醇薄膜复合薄膜；

图5为实施例1中转移到目标衬底上的二硫化钼薄膜/单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/氧化铝薄膜复合薄膜的原子力显微镜照片，比例尺为6微米；

图6为实施例2中转移到目标衬底上的二硒化钼薄膜/单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜/氧化铝薄膜/聚甲基丙烯酸甲酯薄膜复合薄膜；

图7为实施例2中转移到目标衬底上的二硒化钼薄膜/单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜/氧化铝薄膜复合薄膜的原子力显微镜图，比例尺为4微米；

图8为实施例3中转移到目标衬底上的二硫化钼薄膜/单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/氧化铪薄膜复合薄膜的光学显微镜图，比例尺为200微米；

图9为实施例4中在氧化硅衬底上制备的源漏电极的显微镜照片；

图10为实施例4中在氧化硅衬底上制备的二硫化钼顶栅晶体管的实体图，分别由源漏电极、顶栅电极、转移的二硫化钼薄膜(作为沟道层)和单层有机3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜-氧化铪薄膜(作为介电层)构成；

图11为实施例4制备的典型二硫化钼晶体管的转移特征曲线，源漏电压为0.5伏特；

图12为实施例4中制备的典型二硫化钼晶体管的输出特征曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1，本发明的一种二维过渡金属硫属化合物薄膜大面积转移的方法，包括下述步骤：

(1)制备大面积二维过渡金属硫属化合物薄膜；

(2)采用范德瓦尔斯外延生长技术、原子层沉积技术及表面涂覆技术在二维过渡金属硫属化合物薄膜表面依次形成单层有机染料分子薄膜、介电质薄膜和聚合物薄膜；其中，单层有机染料分子薄膜-介电质薄膜用作支撑层，聚合物薄膜作为保护层；

(3)将步骤(2)所得堆叠结构浸没在水中，使二维过渡金属硫属化合物薄膜/单层有机染料分子薄膜-介电质薄膜/聚合物薄膜复合薄膜与生长衬底分离；

(4)将分离后的复合薄膜与目标衬底结合，去除聚合物薄膜，即完成大面积二维过渡金属硫属化合物/单层有机染料分子/介电质复合薄膜的转移。

转移到目标衬底上的二维过渡金属硫属化合物薄膜/单层有机染料分子薄膜/介电质薄膜可用于制备场效应晶体管、光电晶体管、隧穿晶体管、存储器件等电子和光电器件中。相比传统工艺的介电层，单层有机染料分子薄膜-介电质薄膜用作电子器件的介电层具有如下两点优势：第一，单层有机染料分子薄膜-介电质薄膜是在初始合成的二维过渡金属硫属化合物薄膜上形成的，初始合成的二维过渡金属硫属化合物薄膜具有原子级的平整度，为高质量介电层的形成提供了一个绝佳的模板；第二，原位形成的单层有机染料分子薄膜-介电质薄膜与二维过渡金属硫属化合物薄膜之间形成了极为干净、无污染的接触界面，极大地降低了界面态密度，可显著提高电子器件的性能和稳定性。

实施例1

(1)用物理气相生长方法在玻璃上制备大面积二硫化钼薄膜，生长条件是：以二硫化钼粉末为源，以玻璃为生长衬底置于管式炉中，对管式炉抽真空后，通入30sccm氩气作为载气，并加热炉体温度至900℃，使得二硫化钼粉末蒸发并在玻璃上沉积结晶，待30分钟后，即可在玻璃表面形成大面积的二硫化钼薄膜；

(2)利用范德瓦尔斯外延技术和原子层沉积技术在二硫化钼薄膜表面集成单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺有机染料分子薄膜-氧化铝薄膜，再在其表面滴涂一层聚乙烯醇薄膜，所得堆叠结构如图2。

单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺有机分子薄膜生长条件是：将3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺粉末放入管式炉中心，将二硫化钼薄膜放在与3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺二酐粉末相距4厘米的位置；抽真空；将管式炉启动，炉体温度升温至280℃，在280℃维持0.5小时，3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺粉末生长源蒸发，并沉积到二硫化钼上；加热结束后，将管式炉自然降温至室温，结束生长。

氧化铝的沉积条件是生长有单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜的二硫化钼薄膜放入原子层沉积腔体中，抽真空，将腔体温度升高至90℃；以四(二甲胺基)铝作为原子层沉积的金属源，水作为氧化源，设定好循环次数，待沉积结束后，即可在二硫化钼/单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜表面生长得到氧化铝薄膜。

滴涂聚乙烯醇的条件是：将样品表面涂满，再将其放置热台，温度设为80℃，烘烤15分钟。

(3)将上一步骤获取的聚乙烯醇薄膜/氧化铝薄膜-单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/二硫化钼薄膜/玻璃复合结构浸没在水中，静置片刻，待聚乙烯醇薄膜/氧化铝薄膜-单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/二硫化钼薄膜复合薄膜与玻璃衬底完全分离，如图3，其中，左边为分离后的玻璃，呈完全透明状，右边为分离的聚乙烯醇薄膜/氧化铝-单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/二硫化钼薄膜复合薄膜；

将聚乙烯醇薄膜/氧化铝薄膜-单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/硫化钼薄膜复合薄膜从水中捞出，贴合在目标衬底上，再将其放置热台，温度设为170℃，烘烤15分钟，使聚乙烯醇薄膜/氧化铝-单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/二硫化钼薄膜复合薄膜与目标衬底贴合的更紧密，如图4，可以看到，目标衬底上的复合薄膜具有大面积的完整性。

(4)然后用氧气等离子体去除聚乙烯醇薄膜，氧气等离子体的工作条件是上功率源100w，下功率源50w，30sccm氧气，压强3帕，工作时间为20分钟；完成大面积二硫化钼薄膜的转移。图5为除去聚乙烯醇薄膜后氧化铝-单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/二硫化钼薄膜复合薄膜的原子力显微镜照片，大面积范围内无破损，无褶皱，这充分证明了该方法可以实现大面积二维过渡金属硫属化合物薄膜完整、无破损的转移；更重要的是，原子力显微镜照片显示转移至目标衬底的复合薄膜粗糙度仅为～300pm，具有原子级的平整度和洁净度，这强有力地表明该方法可以实现大面积二维过渡金属硫属化合物薄膜的高质量界面转移。

实施例2

(1)用化学气相沉积方法在蓝宝石上制备大面积二硒化钼薄膜，生长条件是：以氧化钼粉和硒粉为前驱反应物，以蓝宝石为生长衬底间隔距离置于管式炉中，对管式炉抽真空厚，通入20sccm氩气作为载气，并加入炉体温度至800℃，使得前驱反应物蒸发并反应，待生长一个小时，即可在蓝宝石表面形成大面积的二硒化钼薄膜；

(2)利用范德瓦尔斯外延技术和原子层沉积技术在二硒化钼薄膜表面集成单层3,4,9,10-苝四酸二酐有机分子薄膜-氧化铝薄膜，再在其表面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，得到聚甲基丙烯酸甲酯薄膜/氧化铝薄膜-单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜/二硒化钼薄膜/蓝宝石堆叠结构。

单层3,4,9,10-苝四酸二酐有机分子薄膜生长条件是：将3,4,9,10-苝四酸二酐粉末放入管式炉中心，将二硒化钼薄膜放在与3,4,9,10-苝四酸二酐粉末相距2厘米的位置；抽真空；将管式炉启动，炉体温度升温至260℃，在260℃维持0.8小时，3,4,9,10-苝四酸二酐粉末生长源蒸发，并沉积到二硒化钼上；加热结束后，将管式炉自然降温至室温，结束生长。

氧化铝的沉积条件是生长有单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜的二硫化钼薄膜放入原子层沉积腔体中，抽真空，将腔体温度升高至80℃；以四(二甲胺基)铝作为原子层沉积的金属源，水作为氧化源，设定好循环次数，待沉积结束后，即可在二硒化钼/单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜表面生长得到氧化铝薄膜。

旋涂聚甲基丙烯酸甲酯的条件是：2000转每分钟，旋涂时间是60秒，再将其放置热台，温度设为70℃，烘烤10分钟。

(3)将上一步骤获取的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜/氧化铝薄膜-单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜/二硒化钼薄膜/蓝宝石复合结构浸没在水中，静置片刻，待聚甲基丙烯酸甲酯薄膜/氧化铝薄膜-单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜/二硒化钼薄膜复合薄膜与蓝宝石衬底完全分离；

将聚甲基丙烯酸甲酯薄膜/氧化铝薄膜-单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜/硫化钼薄膜复合薄膜从水中捞出，贴合在目标衬底上，再将其放置热台，温度设为150℃，烘烤10分钟，使聚甲基丙烯酸甲酯薄膜/氧化铝薄膜-单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜/二硒化钼薄膜复合薄膜与目标衬底贴合的更紧密，如图6所示；

(4)然后用60℃热丙酮去除聚甲基丙烯酸甲酯薄膜；完成大面积二硒化钼薄膜的转移，如图7，转移的二硒化钼薄膜在百平方微米范围内表现出无聚合物残留、原子级高平整度、大面积完整性等优点。

实施例3

(1)用化学气相沉积方法在氧化硅上制备大面积二硫化钼薄膜，生长条件是：以氧化钼粉末和硫粉末为反应前驱体，以氧化硅为生长衬底，间隔置于管式炉中，对管式炉抽真空厚，通入100sccm氩气作为载气，并加热炉体温度至700℃，使得二硫化钼粉末蒸发并在氧化硅上沉积结晶，待10分钟后，即可在氧化硅表面形成大面积的二硫化钼薄膜。

(2)利用范德瓦尔斯外延技术和原子层沉积技术在二硫化钼薄膜表面集成单3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺有机分子薄膜-氧化铪薄膜，再在其表面刮涂一层聚苯乙烯薄膜，得到聚苯乙烯薄膜/氧化铪薄膜-单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/二硫化钼薄膜/氧化硅堆叠结构。

单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺有机分子薄膜生长条件是：将3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺粉末放入管式炉中心，将二硫化钼薄膜放在与3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺二酐粉末相距4厘米的位置；抽真空；将管式炉启动，炉体温度升温至280℃，在280℃维持1小时，3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺粉末生长源蒸发，并沉积到二硫化钼上；加热结束后，将管式炉自然降温至室温，结束生长。

氧化铪薄膜的沉积条件是生长有单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜的二硫化钼薄膜放入原子层沉积腔体中，抽真空，将腔体温度升高至90℃；以四(二甲胺基)铪作为原子层沉积的金属源，水作为氧化源，设定好循环次数，待沉积结束后，即可在二硫化钼/单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜表面生长得到氧化铪薄膜。

刮涂聚苯乙烯的条件是：将样品表面涂满，用刀片轻轻地挂掉多余的聚苯乙烯，再将其放置烘箱，温度设为120℃，烘烤8分钟。

(3)将上一步骤获取的聚苯乙烯薄膜/氧化铪薄膜-单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/二硫化钼薄膜/氧化硅复合结构浸没在水中，静置片刻，待聚苯乙烯薄膜/氧化铪薄膜-单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/二硫化钼薄膜复合薄膜与氧化硅衬底完全分离；将聚苯乙烯薄膜/氧化铪薄膜-单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/硫化钼薄膜复合薄膜从水中捞出，贴合在目标衬底上，再将其放置热台，温度设为180℃，烘烤10分钟，使聚苯乙烯薄膜/氧化铪薄膜-单层3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺分子薄膜/二硫化钼薄膜复合薄膜与目标衬底贴合的更紧密；

(4)然后用甲苯试剂去除聚苯乙烯薄膜；完成大面积二硫化钼薄膜的转移，如图8，可以看到，转移的二硫化钼薄膜具有大面积的完整性。

实施例1～3结果表明，本发明通过在二维过渡金属硫属化合物薄膜表面沉积单层有机染料分子薄膜-介电质薄膜作支撑层，增强了大面积转移二维过渡金属硫属化合物薄膜的完整性；并且避免聚合物薄膜与生长衬底表面的二维过渡金属硫属化合物薄膜之间的直接接触、减少了聚合物残留对二维过渡金属硫属化合物薄膜的污染。

实施例4

(1)在氧化硅衬底上制备源漏电极，如图9所示；

(2)用化学气相沉积方法在蓝宝石上制备大面积二硫化钼薄膜，生长条件是：以氧化钼粉末和硫粉末为反应前驱体，以蓝宝石为生长衬底，间隔置于管式炉中，对管式炉抽真空厚，通入100sccm氩气作为载气，并加热炉体温度至900℃，使得二硫化钼粉末蒸发并在蓝宝石上沉积结晶，待14分钟后，即可在蓝宝石表面形成大面积的二硫化钼薄膜。

(3)利用范德瓦尔斯外延技术和原子层沉积技术在二硫化钼薄膜表面集成单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜-氧化铪薄膜，再在其表面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，得到聚甲基丙烯酸甲酯薄膜/氧化铪薄膜-单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜/二硫化钼薄膜/蓝宝石对叠结构。

单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜生长条件是：将单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜粉末放入管式炉中心，将二硫化钼薄膜放在与单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜粉末相距4厘米的位置；抽真空；将管式炉启动，炉体温度升温至270℃，在270℃维持0.4小时，单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜粉末生长源蒸发，并沉积到二硫化钼上；加热结束后，将管式炉自然降温至室温，结束生长。

氧化铪的沉积条件是生长有单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜的二硫化钼薄膜放入原子层沉积腔体中，抽真空，将腔体温度升高至110℃；以四(二甲胺基)铪作为原子层沉积的金属源，水作为氧化源，设定循环次数为20，待沉积结束后，即可在二硫化钼/单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜表面生长得到3纳米厚度的氧化铪薄膜。

旋涂聚甲基丙烯酸甲酯的条件是：将样品表面涂满，在匀胶机上，再将其放置恒温加热台，温度设为80℃，烘烤10分钟。

(4)将上一步骤获取的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜/氧化铪薄膜-单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜/二硫化钼薄膜/蓝宝石复合结构浸没在水中，静置片刻，待聚甲基丙烯酸甲酯薄膜/氧化铪薄膜-单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜/二硫化钼薄膜复合薄膜与蓝宝石衬底完全分离；将聚甲基丙烯酸甲酯薄膜/氧化铪-单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜/硫化钼薄膜复合薄膜从水中捞出，贴合在步骤(1)制备的氧化硅衬底上，再将其放置热台，温度设为180℃，烘烤20分钟，使聚甲基丙烯酸甲酯薄膜/氧化铪薄膜-单层3,4,9,10-苝四酸二酐分子薄膜/二硫化钼薄膜复合薄膜与目标衬底贴合的更紧密；然后用n–甲基吡咯烷酮试剂去除聚甲基丙烯酸甲酯薄膜；完成大面积二硫化钼薄膜的转移。

(5)制备顶栅电极，即得所需的场效应晶体管，如图10。

对该场效应晶体管进行电学测试。图11是一个典型顶栅晶体管的转移特征曲线。转移曲线呈现出大于6个数量级的开关比、68mv/dec的近理想亚阈值斜率和零回滞，这充分证明了制备的晶体管具有极低的界面态密度和高效的栅控能力。通过对转移曲线的理论分析，其界面态密度约在5×10¹¹cm^-2ev^-1。图12是晶体管的输出特征曲线，小偏压下的线性输出表明晶体管的接触为欧姆接触，当源漏电压增加到1伏特时，源漏电流逐渐呈现饱和趋势，这充分证明了转移的介质层具有很大的栅电容值(约为1纳米等效氧化层厚度)，赋予晶体管优异的性能。