[发明专利]二维层的转移

说明书

一种使膜与基材层离的方法。该方法包括：提供(210)第一材料的基材(101)，在其顶部上具有第二材料的膜(102)；使用粘合剂(106)将膜(102)粘合到载体(108)；将超临界流体引入膜(102)和基材(101)之间，其中，超临界流体的临界温度低于粘合剂(106)玻璃化转变温度；从膜(102)上机械剥离基材(101)。

技术领域

本发明涉及转移2D层的方法的领域。更具体地说，其涉及促进2D层与生长基材的机械层离的方法。

背景技术

二维(2D)材料是第三维中的最终按比例缩放材料。2D材料的非凡物理性质既有提高现有技术的潜力，又有创造一系列新应用的潜力。2D材料(例如石墨烯、h-BN、MoS₂、WS₂、MoSe₂)通常在高温(500℃)下生长，这使得几乎不可能将这些材料直接集成在CMOS生产线中。因此，这些2D材料需要从生长晶片转移到目标晶片。

该转移通常由两步组成。首先，需要首先使用载体从生长基材提起2D层，然后，需要将2D层粘合到目标晶片，随后需要去除载体。当实施该方法时必须小心，因为范德华粘合材料受其周围环境(外界和基材)影响而对于层离(delamination)敏感。

现有技术的2D转移路径显示于图1和图2中。图1显示了现有技术的基线水辅助转移方法。提供了膜102和生长晶片101的堆叠体。在该实例中，膜是金属二硫属化物(MX₂)。在膜102上提供聚甲基丙烯酸酯(PMMA)层103和热剥离带(thermal release tape)104的堆叠体。使用和超声辅助MX₂剥离，从所获得的堆叠体去除生长晶片101。通过干粘合将剩余堆叠体安装在目标基材上，以使得膜102与目标基材接触。接下来，剥离热剥离带104，并且溶解PMMA。

图2中，通过旋涂制备具有激光剥离层107和粘合剂层106的玻璃载体晶片108。由此获得临时堆叠体。临时堆叠体临时粘合在生长于生长基材101上的2D材料102。在粘合后，将玻璃载体晶片108安装在切割带109，并且其上存在2D材料102的生长晶片101(例如，Si/SiO₂生长晶片)与2D材料机械脱粘。随后，施加UV固化，并且卸除切割带109。随后，将具有2D材料102的玻璃载体108粘合到目标晶片105。例如，这在低于1e-5毫巴的压力下进行永久粘合来实现。最后，使用激光剥离步骤去除玻璃载体108。这允许在零力情况下去除玻璃载体。溶解粘合剂106，并清洁溶剂。这是2D转移工艺的可能性之一。可以在文献中找到在该转移工艺上使用不同载体(例如，热剥离带、仅聚合物层)和使2D材料与生长晶片脱粘的不同技术的多个变体。

如果2D材料和生长晶片之间的粘合性过高，机械层离(例如，干式脱粘)变得更困难甚至变得不可能。

因此，需要降低2D层和生长基材之间粘合性的方案。在现有技术中，正在探索几个方向。一个是可以在材料生长期间改变2D材料/生长晶片界面，以获得较低的粘合性值。如果这是不可能的，则可以尝试将分子引入2D层和生长晶片之间。已经由生长于Pt(以及Cu)上的石墨烯证实了这一点。将石墨烯/Pt堆叠体浸没在温水中数小时(至多达数天)，结果，水引入了石墨烯/Pt界面。该引入弱化了界面，使石墨烯层离更容易。主要问题是，该引入花费很长时间。

或者，可以通过对生长催化剂晶片进行蚀刻(例如，蚀刻Cu层)来完成石墨烯层离。然而，该蚀刻花费过多时间，并且将会产生污染的石墨烯片材。

可以通过使用温水(通常与某些物理力(例如，超声)组合)使金属二硫属化物(MX₂)与蓝宝石层离。主要缺点是这些MX₂材料容易氧化，并且优选避免在MX₂材料转移期间的任何水暴露。

因此，需要使膜与基材层离的良好方法。

发明内容

本发明实施方式的一个目的是提供一个使膜与基材层离的良好方法。