[发明专利]一种无损转移自支撑低维材料的方法

说明书

本发明涉及低维功能材料科学和材料测试分析技术研究领域，具体为一种针对箔材、薄膜、二维材料等进行精确定位、裁剪、无损转移自支撑低维材料的方法。由于大部分需要进行转移操作的自支撑低维材料，其厚度在几纳米到几百微米不等，面内尺寸多在毫米至微米量级，取样加工过程中和转移过程中极易损坏，且其比重极小，易受外界环境(如：气流、静电等)的影响较大而难以准确控制定位。该方法引入了飞秒激光裁剪、微重力和静电引入以及显微定位等技术手段，可以有效解决以上问题，尤其针对需要把材料转移到微小易损器件上，该方法可以得到完美的应用，极大的拓展对自支撑低维功能材料的研究应用。

技术领域

本发明涉及低维功能材料科学和材料测试分析技术研究领域，具体为一种针对箔材、薄膜、二维材料等进行精确定位、裁剪、无损转移自支撑低维材料的方法。尤其在向易损微小目标载体上转移时，可充分体现其独特的优势。

背景技术

常用的低维材料，如：箔材、功能薄膜、二维材料等，它们由于其独特的空间结构和电学性能及热学性能，关于低维材料的研究和应用近年发展迅速，在微电子领域、生物检测领域和电池领域有广泛的应用前景。将自支撑低维材料转移到微小易损芯片上进行材料本征的电学、热学等性能的测试研究时，常采用先转移，后通过电子束曝光、沉积电极、RIE刻蚀和湿法刻蚀或是聚焦离子束刻蚀的方法。但此方法所用的仪器特别昂贵，步骤极为繁琐，电极芯片载体往往都只有几百纳米，很脆弱易损坏，需要很强的专业性，而且因为是先转移后刻蚀，在刻蚀过程中，有的样品就容易被损坏，不具有普适性，同时电极图案和形状也受到了限制，不能太复杂，使对其性能的探究上就存在明显的缺陷。因此，发明一种先制作好芯片，再进行无损转移的方法尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种将自支撑低维材料无损转移到载体上的方法，可以对厘米至亚微米尺寸的材料进行精确定位、裁剪和无损转移，避免使用聚焦离子束刻蚀等昂贵耗时的方法，该方法具有简单、有效、易于推广等特点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种无损转移自支撑低维材料的方法，该方法包括以下步骤：

(1)利用范德华力将沉积在基底上的低维材料转移到镂空的刚性支撑薄片上；

(2)利用飞秒激光精细加工装置对低维材料进行裁剪加工成所需形状；

(3)利用显微定位装置将经过裁剪的材料转移到载体上方；

(4)利用激光切割样品，使其与刚性支撑薄片脱离。

所述的无损转移自支撑低维材料的方法，基底为Si、SiO₂或聚酰亚胺。

所述的无损转移自支撑低维材料的方法，采用的刚性支撑薄片支撑，有足够的力学性能，不易在转移过程中发生变形，其尺寸取决于低维材料的尺寸和转移到的目标载体的尺寸，大于载体外形尺寸。

所述的无损转移自支撑低维材料的方法，利用飞秒激光精细加工装置对低维材料进行厘米至亚微米尺度的裁剪，该装置包括：激光汇聚及显微观察系统、激光光源、普通光光源、气泵、气浮减震平台、样品台机械数控移动系统、CCD摄像头、激光汇聚模块机械移动系统、运动控制器、计算机，具体结构如下：

激光光源和普通光光源分别通过接口以同轴光的形式，通过光缆接入激光汇聚及显微观察系统，并且激光光源和普通光光源手动选择切换光源；激光汇聚及显微观察系统与CCD摄像头的输入端连接，CCD摄像头的输出端与运动控制器的输入端通过USB线与计算机连接，进行显微观察定位和数控编程；激光汇聚及显微观察系统设置于激光汇聚模块机械移动系统上，运动控制器的输出端与样品台机械数控移动系统连接，样品台机械数控移动系统设置于气浮减震平台上，气浮减震平台的进气端与气泵连接。

所述的无损转移自支撑低维材料的方法，显微定位转移过程中，包括如下步骤：