[发明专利]一种转移制备二维原子晶体叠层结构的方法

说明书

本发明公开了一种转移制备二维原子晶体叠层结构的方法，是涉及基于衬底二维原子晶体薄膜的剥离和定位转移方法，具体包括：基于衬底制备的二维原子晶体薄膜表面旋涂聚苯乙烯薄膜，利用水的张力将二维原子晶体与衬底分离并转移至二甲基硅氧烷聚合物上，将二维原子晶体/聚苯乙烯/二甲基硅氧烷复合体以范德华力贴合在目标材料上，通过加热方式分离二甲基硅氧烷聚合物，使用甲苯溶剂或真空退火方法去除聚苯乙烯，即制得二维原子晶体叠层结构。该方法操作简单，快速，成功率高，可广泛应用于大面积超薄材料光电传感器的领域。

技术领域

本发明涉及定位转移技术领域，更具体地，涉及一种转移制备二维原子晶体叠层结构的方法。

背景技术

新型的二维原子晶体包括石墨烯，氮化硼，黑磷和二维过渡金属硫族化合物，如：二硫化钼、二硒化钼、二碲化钼、二硫化钨、二硒化钨和二碲化钨等，它们具有独特的力、热、电、光的性质备受研究者的关注，随之人们也开展基于新型二维原子级叠层结构的系列研究，其中制备超薄二维原子晶体叠层结构在光电材料和器件的应用领域已成为一个研究热点，如高电子迁移率隧道场效应晶体管，开关器件，叠层结构双极性晶体管，太阳能电池等方面的研究颇有优势。

目前，制备二维原子晶体叠层结构的方法主要有以下两种，分别是CVD外延沉积生长法和垂直方向手动堆垛法。如果采用CVD外延沉积生长法制备的二维原子晶体叠层结构，就需要考虑不同材料间的晶格匹配问题，而且生长条件难以调控，制备困难，不利于实际应用；所以大多数研究者们选择了手动堆垛的方法来制备不同二维原子晶体的叠层结构。利用手动堆叠单层二维原子晶体制备的超薄叠层结构相对于外延生长法制备的叠层结构的一个极大优势是不同材料组合的灵活性高，可以将所有的二维原子晶体随意组合制备成叠层结构，不需要考虑晶格是否匹配的影响，而且还可以制备不同角度堆垛的原子晶体叠层结构，所以利用手动堆垛法制备叠层结构具有操作简单，灵活性高，应用范围广等优点。

手动堆垛制备叠层结构的一个核心技术是定位转移。目前利用定位转移制备叠层结构的方法主要有：

（1）利用机械剥离的方法将块材剥离少层二维原子晶体转移至衬底，再重复剥离新的少层的二维原子晶体，利用手动定位堆叠方法制备二维原子晶体叠层结构，通过泡丙酮溶液去除残留的胶。在此方法中，使用机械剥离的方法制备二维原子晶体叠层结构的好处是胶残留少，残胶处理相对容易，但是存在的缺点是：制备单层的二维原子晶体样品非常困难，剥离的样品容易破碎，样品的面积小，对技术熟练度要求高，而且制备叠层结构样品的成功率低，重复率低，制备过程的时间长，不利于实际应用。

（2）在二维原子晶体表面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜，通过使用特殊的腐蚀液（强碱，强酸）刻蚀衬底，然后利用微操作探针调整单层二维原子晶体与目标衬底重合，再通过浸泡丙酮溶液去除残胶，从而制成所需的叠层结构。此方法利用PMMA转移二维原子晶体，需要刻蚀衬底，这种方法的缺点是腐蚀衬底的时间长，刻蚀过程会产生气泡，而且腐蚀离子对单层的原子晶体材料掺杂，甚至会破坏结构，降低材料本身的性能。此外，利用丙酮很难去除干净PMMA胶，会残留很多有机物颗粒，影响器件的特性；另外，采用探针微区操作的方式进行样品定位，堆叠的控制性差，且难以精确对准样品制备超薄二维原子晶体叠层结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的上述问题，提供一种转移制备二维原子晶体叠层结构的方法。

本发明提供一种操作简单，快速，成功率高，无损且残胶极少的转移制备二维原子晶体叠层结构的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：

一种转移制备二维原子晶体叠层结构的方法，包括以下步骤：

S1. 在衬底支撑的二维原子晶体表面旋涂一层强疏水的高分子薄膜，利用水的张力分离二维原子晶体薄膜；

S2. 将二维原子晶体高分子薄膜转移至二甲基硅氧烷聚合物上；