[发明专利]基于聚乙烯醇的二维过渡金属硫族化合物的转移和同/异质结制作方法

说明书

本发明公开了一种基于聚乙烯醇的二维过渡金属硫族化合物的转移和同/异质结制作方法，所述转移方法利用生长衬底和二维过渡金属硫族化合物对水分子的亲和力不同，使得聚乙烯醇水溶液滴在生长衬底表面时水分子能够渗透进生长衬底与二维过渡金属硫族化合物间，降低生长衬底与二维过渡金属硫族化合物间的作用力，再利用聚乙烯醇成膜时形成的粘合力转移二维过渡金属硫族化合物。该方法适用于任何需要二维材料转移的操作，适用性好，具有快速省时、操作简单和转移范围大、效果好的优点，转移过程对生长衬底和目标衬底都没有损伤，仅引入去离子水，对样品的污染十分小，有利于保持样品的干净度。同时利用该转移方法可实现同质结和异质结的制作。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种二维过渡金属硫族化合物的快速便捷完整转移方法。

背景技术

随着石墨烯的广泛研究，过渡金属硫族化合物(TMDs)由于独特的层状结构，超薄的厚度，可见光范围的带隙宽度，以及优异的光、电学性能而引起研究员极大的兴趣。目前随着二维材料生长技术的相对成熟，二维材料应用领域的研究也进入快速发展期。然而由于少层甚至单层二维材料超薄的厚度，把二维材料从生长衬底上完整剥离转移到目标衬底仍是一种挑战，需要进行进一步探索合适的转移方法。目前常用的方法是利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)转移，首先在二维材料旋涂PMMA、再通过KOH水溶液刻蚀SiO₂衬底，使得PMMA与二维材料叠层从衬底脱落，洗净后将叠层转移到目标衬底上，再使用丙酮、异丙醇等有机溶液去除PMMA胶。这种转移方法步骤繁琐耗时，且各种酸碱、有机溶液的引入会在很大程度造成二维材料样品的污染，同时PMMA胶的难以除尽也是一个非常重大的问题，会显著的影响二维材料的各种光电学性质，对相关材料特性和器件性能造成非技术性的误差，严重影响实验研究及应用的准确性。因此，开发一种便捷无污染的转移方法对二维材料领域更深入的研究发展是十分必要和迫切的。

发明内容

本发明的目的是解决现有二维材料转移方法易受污染，转移过程繁琐以及聚合物胶难以除净的不足，提供一种基于聚乙烯醇(PVA)水溶液的简单、便捷和无污染的完整转移二维过渡金属硫族化合物的方法，该转移方法能用于任何需要将二维过渡金属硫族化合物从生长衬底剥离的应用中。

针对上述目的，本发明采用的基于PVA转移二维过渡金属硫族化合物的方法由下述步骤组成：

步骤1：制备转移所用的PVA(聚乙烯醇)溶液

取PVA颗粒和甘油加入到去离子水中，用玻璃棒充分搅拌，直至PVA完全溶于去离子水中且溶液澄清没有气泡鼓出，得到PVA溶液，所述PVA溶液中PVA的浓度为3～10g/100mL、甘油的浓度为1～5g/100mL；

步骤2：被转移样品的准备

将需要转移的二维过渡金属硫族化合物样品用氮气枪轻吹表面，保证样品表面的洁净，通过光学显微镜确定二维过渡金属硫族化合物在生长衬底的位置，并确定一个没有生长二维过渡金属硫族化合物的方向；

步骤3：PVA膜的制作

用胶头滴管吸取PVA溶液，滴在生长衬底上确定好的二维过渡金属硫族化合物所在位置，打开恒温加热台装置，将滴有PVA的生长衬底放在载玻片上，再放置于加热台上，在60～80℃加热5～10分钟至PVA溶液固化成膜；

步骤4：揭起PVA膜使二维材料与生长衬底分离

待生长衬底冷却至室温后，先用尖头镊子在没有生长二维过渡金属硫族化合物方向的PVA膜边缘划一道口子作为分离的起始点，再用扁头镊子沿划开的口子一角慢慢撕起PVA膜，直至整个PVA膜被完整的撕开，此时需转移的二维过渡金属硫族化合物便粘在PVA膜上，与生长衬底相互分离；

步骤5：转移粘有二维过渡金属硫族化合物的PVA膜至目标衬底