一种二维材料的转移方法

本发明涉及二维材料，尤其涉及一种二维材料的转移方法。

背景技术：

1、二维材料的全名为二维原子晶体材料，是指电子仅可在两个维度的纳米尺度(1～100nm)上自由运动(平面运动)的材料，如纳米薄膜、超晶格、量子阱。二维材料因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内，使得这种材料展现出许多奇特的性质，在场效应管、光电器件、热电器件等领域应用广泛。

2、二维材料是伴随着2004年曼彻斯特大学(universityofmanchester)geim小组成功分离出单原子层的石墨材料——石墨烯(graphene)而提出的，后续又有一些其他的二维材料陆续被分离出来，如氮化硼(bn)、二硫化钼(mos2)、二硫化钨(ws2)以及mxene材料。

3、以石墨烯为例，其是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的材料，具有优异的光学、电学以及力学特性，在材料学、能源、生物医学和药物传递等领域具有广泛的应用前景。为了制备石墨烯基器件，首要问题是制备出大尺寸高质量的石墨烯薄膜。化学气相沉积(cvd)是一种常见的制备大尺寸高质量石墨烯薄膜的方法，采用该方法制备石墨烯薄膜时，需要用到铜衬底，之后需要将制备的石墨烯薄膜从铜衬底转移至合适的目标衬底上。如在电子以及光电子领域中，需要在绝缘衬底上获得英寸级的高质量石墨烯薄膜。现有技术中将石墨烯薄膜从铜衬底转移至目标衬底上时，通常需要采用有机化合物(如聚甲基丙烯酸甲酯，缩写为pmma)薄膜作为转移载体，极易引入有机杂质，且有机杂质不易去除，影响石墨烯薄膜的质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种二维材料的转移方法，采用本发明提供的方法能够实现大面积高质量二维材料的转移，且不引入杂质。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种二维材料的转移方法，包括以下步骤：

4、提供金属衬底/二维材料器件，所述金属衬底/二维材料器件包括金属衬底以及所述金属衬底表面的二维材料；

5、将所述金属衬底/二维材料器件与目标衬底叠层放置，且使所述二维材料与所述目标衬底接触，进行键合，得到金属衬底/二维材料/目标衬底器件；所述目标衬底为半导体衬底；

6、将所述金属衬底/二维材料/目标衬底器件依次进行冷却处理与热退火处理，之后将所得器件中金属衬底剥离，所述二维材料由金属衬底转移至目标衬底，得到目标衬底/二维材料器件。

7、优选地，所述二维材料包括石墨烯或氮化硼。

8、优选地，所述二维材料的尺寸为1cm×1cm～4cm×4cm；所述二维材料为晶圆级二维材料。

9、优选地，所述金属衬底包括铜衬底、镍衬底或合金衬底。

10、优选地，所述金属衬底/二维材料器件的制备方法为化学气相沉积法。

11、优选地，所述目标衬底包括sio2衬底或al2o3衬底。

12、优选地，所述键合包括依次进行第一键合处理与第二键合处理；

13、所述第一键合处理的温度为400～500℃，压力为2500～3500n，保温保压时间为25～35s；

14、所述第二键合处理的温度为400～500℃，压力为14000～16000n，保温保压时间为20～40min。

15、优选地，所述键合在保护气体存在条件下进行；所述保护气体提供的气压为800～1000mbar。

16、优选地，所述热退火处理的温度比冷却处理的温度高690～700k。

17、优选地，所述冷却处理的温度为75～80k，保温时间为25～35min；

18、所述热退火处理的温度为770～780k，保温时间为25～35min。

19、本发明提供了一种二维材料的转移方法，包括以下步骤：提供金属衬底/二维材料器件，所述金属衬底/二维材料器件包括金属衬底以及所述金属衬底表面的二维材料；将所述金属衬底/二维材料器件与目标衬底叠层放置，且使所述二维材料与所述目标衬底接触，进行键合，得到金属衬底/二维材料/目标衬底器件；所述目标衬底为半导体衬底；将所述金属衬底/二维材料/目标衬底器件依次进行冷却处理与热退火处理，之后将所得器件中金属衬底剥离，所述二维材料由金属衬底转移至目标衬底，得到目标衬底/二维材料器件。本发明通过键合技术将二维材料与目标衬底紧密结合，然后利用金属衬底与二维材料的热膨胀系数差异，基于冷却处理与热退火处理实现温度差从而使得二维材料与金属衬底分离，整个过程中不需要采用有机薄膜作为转移载体，不会在二维材料中引入杂质。

技术特征：

1.一种二维材料的转移方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的转移方法，其特征在于，所述二维材料包括石墨烯或氮化硼。

3.根据权利要求1所述的转移方法，其特征在于，所述二维材料的尺寸为1cm×1cm～4cm×4cm；所述二维材料为晶圆级二维材料。

4.根据权利要求1所述的转移方法，其特征在于，所述金属衬底包括铜衬底、镍衬底或合金衬底。

5.根据权利要求1～4任一项所述的转移方法，其特征在于，所述金属衬底/二维材料器件的制备方法为化学气相沉积法。

6.根据权利要求1所述的转移方法，其特征在于，所述目标衬底包括sio2衬底或al2o3衬底。

7.根据权利要求1或6所述的转移方法，其特征在于，所述键合包括依次进行第一键合处理与第二键合处理；

8.根据权利要求7所述的转移方法，其特征在于，所述键合在保护气体存在条件下进行；所述保护气体提供的气压为800～1000mbar。

9.根据权利要求1所述的转移方法，其特征在于，所述热退火处理的温度比冷却处理的温度高690～700k。

10.根据权利要求1或9所述的转移方法，其特征在于，所述冷却处理的温度为75～80k，保温时间为25～35min；

技术总结
本发明提供了一种二维材料的转移方法，属于二维材料技术领域。本发明将金属衬底/二维材料器件与目标衬底叠层放置，且使二维材料与所述目标衬底接触，进行键合，得到金属衬底/二维材料/目标衬底器件；所述目标衬底为半导体衬底；将所述金属衬底/二维材料/目标衬底器件依次进行冷却处理与热退火处理，将所得器件中金属衬底剥离，得到目标衬底/二维材料器件，实现二维材料的转移。本发明通过键合技术将二维材料与目标衬底紧密结合，然后利用金属衬底与二维材料的热膨胀系数差异，基于冷却处理与热退火处理实现温度差从而使得二维材料与金属衬底分离，整个过程中不需要采用有机薄膜作为转移载体，不会在二维材料中引入杂质。

技术研发人员：庄萍萍,林伟毅,叶添
受保护的技术使用者：集美大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15