[发明专利]在合适基材上固定薄片状材料的片层的方法

说明书

本发明涉及在合适基材上固定薄片状材料的片层(lamellae)的方法。

发明背景

适用于表达特定晶体结构的材料是已知的，在该特定晶体结构中，原子优先 排列在原子薄平面结构或“片层”中，在该“片层”中，所述原子牢固地结合在 一起，但是在两个相邻片层的原子之间也发生较弱的结合。该片层的厚度可以是一 或几个单原子层。

各种材料例如半导体材料(如InSe或GaS)和金属材料、超导体(如石墨、 NbSe₂、TaS₂或MgB₂)可适用于表达片层结构。更具体参照石墨烯(graphene)，用 于机械分离片层的方法是已知的，该方法包括或者劈开(cleave)或者刮开(scrape) 一片石墨，或者向一片石墨施加粘合带(adhesive tape)，并撕掉它。然后必需 使用光学显微镜来寻找从这片石墨上分离的石墨烯片层。为了处理或加工这些石墨 烯片层，特别是为了防止它们卷起，接着应当，例如使用树脂，将该片层固定在基 材上，这是很困难的。这些方法重复性差，并且不适于大规模生产。

发明目的

本发明的目的是提供一种将片层固定在合适基材上的方法，该方法特别适用 于导电或半导电的片层材料。

发明简述

为了达到该目的，本发明提供了一种将至少部分导电的片层材料固定到绝缘 基材上的方法，所述绝缘材料包含适合于解离成给定电荷的可移动离子和相反电荷 的固定离子的氧化物，所述方法包括以下步骤：

将片层材料的样品放置在所述基材的表面上；

使所述基材的氧化物解离；以及

通过与所述基材接触的电极和与所述样品接触的电极向所述基材和样品施加 电场。

所述基材中氧化物的解离使所述基材弱导电，且足以导通施加电场时在电极 之间产生的电流。在电场的作用下，可移动的离子向与基材接触的电极迁移，并在 适当位置留下带有相反电荷的固定离子，从而在所述基材和所述样品之间的界面上 产生电荷。在施加电场一定时间后，与所述基材接触的样品片层牢固地结合到所述 基材上。

然后，足以除去大部分样品，以仅仅留下结合在所述基材上的薄层。该薄层 包含与所述基材接触且牢固地与之结合的一些片层以及覆盖在结合到所述基材上 的片层之上、且至少部分较不牢固地结合到所述基材上的其它片层(它适合，例如 通过剥离来除去)。这样在所述基材的表面上留下了厚度为几个原子甚至仅仅一个 原子的薄层。

在没有使用粘合剂的情况下，可在几分钟内达到该固定。这是非常便宜的且 容易工业化。该方法相比已知的固定方法，例如使用树脂进行粘合的方法、以及沉 积单晶层的方法或者在基材表面上生长晶体的方法(如蒸发方法、分子束方法、激 光溅射法等等)都具有竞争力。

以这种方法固定在基材上的薄层尺寸很大程度上取决于所用材料。优选用具 有良好晶体品质的材料如单晶材料作为原料。

以这种方法固定在所述基材上的片层可进行光刻处理，以将它们结合到电子 设备中。

附图简述

可以参照附图结合下述说明更好地理解本发明，其中：

图1是实施本发明方法的装置的示意图；以及

图2是石墨烯片层固定在玻璃基材上的高倍放大图。

发明的详细说明

在获得石墨烯片层的下文中详细描述本发明方法。

如图1所示，石墨样品1放置在玻璃基材(硼硅酸盐玻璃，商品名“Pyrex 7740”) 2上。在该实例中，使用面积约为4平方厘米的基材2，且样品1的面积约为1平 方厘米。

为了保证所述样品1和所述基材2之间有良好的接触，劈开所述样品1以向 着所述基材2露出干净且没有杂质的表面，同时用溶剂(三氯乙烯、丙酮和甲醇) 清洁所述基材2的表面。

阴极3放置在所述玻璃基材2上，同时阳极4放置在所述石墨样品1上。所 述阴极3和阳极4连接到电源5。所述组件放置在压机6下，以向所述玻璃基材2 压迫所述石墨样品1。施加数量级为10⁶帕斯卡的压力以保证所述玻璃基材2和所 述样品1之间的均匀接触。

例如通过将组件置于外壳(enclosure)并加热该外壳将所述基材2的温度提 高到约200℃。向该组件施加约1.7千伏的电场。