[发明专利]一种图案化二维半金属薄膜的方法及其应用

说明书

本发明涉及一种图案化二维半金属薄膜的方法及其应用，其包括在基底上旋涂光刻胶层后加热所述光刻胶层；曝光、显影形成图案化的光刻胶层；在图案化的光刻胶层上沉积预定厚度的Pt层；将沉积有Pt层的基底放置于第一无水乙醇中去除光刻胶层，随后将基底放置于第二无水乙醇中超声预定时间形成图案化的Pt层，所述超声的能量密度为42～54W/cm³；采用化学气相沉积工艺在基底上形成图案化的二维半金属二硫属化物PtR₂层。该方法获得的二维半金属PtR₂图案成功率高，其图案表面平整，厚度均匀，边缘非常整齐清晰没有残留。

技术领域

本发明涉及二维材料制备领域，尤其涉及一种图案化二维半金属薄膜的方法及其应用。

背景技术

半金属二维材料层由于其厚度薄，其大面积的特定图案制备通常是一项概率性工艺，常常存在失败率和不完美率高的问题，制备获得的特定形状的半金属二维材料薄层质量差，拉曼峰不明显，图案边缘不整齐，最后制得的图案和光刻的图案相差甚远。

在现有的制备工艺中，金属Pt材料常用于图案化工艺中。但是由于Pt原子与SiO₂层之间范德华力足够，Pt薄层一旦与SiO₂层贴合便十分难重新分开，经过多次高强度超声不仅无法去除还会严重损坏图案。另一方面传统工艺中用丙酮去除光刻胶，然而本申请发明人发现，传统工艺中使用丙酮去除光刻胶的过程中，丙酮的使用会使得Pt薄层大面积裂开、剥离，其破坏Pt薄层的程度随着丙酮使用次数的增加而增加。上述问题导致了传统工艺制备PtSe₂薄层图案高的失败率，据本发明人半年时间制作片数统计：去除大面积Pt图案的光刻胶时按照传统方法失败率在100％。

另外本申请发明人还发现在制备较小面积(例如面积小于100μm²)Pt薄层时，传统工艺中丙酮致使Pt薄层开裂、剥离的现象不明显，但是使用传统工艺制得图案不完美率(边缘线条不清晰，多出残片)达到70％-80％。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的是提供一种图案化二维半金属薄膜的方法及其应用。该方法在制备较大面积(例如面积在100μm²以上)的二维半金属薄膜时，使用无水乙醇去除光刻胶层，避免了使用丙酮去胶对Pt薄层造成的破坏，保障了Pt薄层图案的完整性；随后将基底放置于无水乙醇中，设定特定能量密度和特定时间的超声去除Pt薄层图案边缘的残留，确保了图案边缘线条的清晰，提升了图案的完美率，制备获得的二维半金属二硫属化物PtR₂层图案成功率高，其图案表面平整，厚度均匀，边缘非常整齐清晰没有残留。

为了达到上述目的，本发明至少采用如下技术方案：

本发明一方面提供一种图案化二维半金属薄膜的方法，包括以下步骤：

在基底上旋涂光刻胶层后加热所述光刻胶层；

曝光、显影形成图案化的光刻胶层；

在图案化的光刻胶层上沉积预定厚度的Pt薄层；

将沉积有Pt薄层的基底放置于第一无水乙醇中去除所述光刻胶层，随后将所述基底放置于第二无水乙醇中超声预定时间形成图案化的Pt薄层，所述超声的能量密度为42～54W/cm³；

采用化学气相沉积工艺，在所述基底上形成图案化的二维半金属二硫属化物PtR₂层。

进一步地，所述二硫属化物PtR₂选用PtSe₂、PtTe₂或PtS₂。

进一步地，所述超声的预定时间选用60～90秒。

进一步地，所述超声的预定时间选用60秒。