[发明专利]二维半导体材料的转移方法

说明书

本发明提供一种二维半导体材料的转移方法，包括：在生长衬底上制备二维半导体材料，得到二维半导体材料/生长衬底结构；旋涂PMMA并加热固化得到PMMA固化胶层/二维半导体材料/生长衬底的三层结构；保持转移环境湿度大于50％RH，将目标区域的PMMA固化胶层/二维半导体材料两层结构夹起贴附到目标衬底上，得到PMMA固化胶层/二维半导体材料/目标衬底三层结构，经室温静置、丙酮浸和去丙酮处理后，用氮气枪吹干，得到二维半导体材料/目标衬底的双层结构。本发明提出的高湿度环境下进行二维半导体材料的干法转移，既保证二硫化钼的转移效率，还避免褶皱和污染的引入，有效提升转移后单层二硫化钼半导体晶体管的电学性能。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，尤其是二维半导体材料的转移，具体而言涉及一种高效、无损的二维半导体材料的转移方法。

背景技术

二维材料是指电子仅可在两个维度的纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料。自世界上第一个二维材料石墨烯被首次发现以来，二维材料由于其非凡的物理、电子和光电子特性(包括灵敏度，透明度和半导体特性)而引起了相当大的关注和研究。发展至今，二维材料形成了庞大的家族，包括了石墨烯、过渡金属硫族化合物、黑磷等几大类别，目前被研究最为广泛的是过渡金属硫族化合物中的二维半导体材料。以二硫化钼为例，单层二硫化钼拥有良好的电学性能，室温下电子迁移率高达200cm²v^-1s^-1、电子开关比高达10⁸，在高性能逻辑电路中拥有巨大的应用潜力，有希望在后摩尔时代大放异彩。

现有技术中，通常使用化学气相沉积法在生长衬底上制备二维半导体材料，再将其从生长衬底上转移到目标衬底上制备成半导体晶体管。

由于二维半导体材料电学性能极易受到材料形貌的影响，因此如何快速无损地将二维半导体材料从生长衬底上转移到目标衬底上便成了二维半导体材料制备过程中的关键问题。

目前现有的二维材料转移方法主要包括PMMA水辅助转移法和PDMS干法转移法。PMMA水辅助转移法中，二硫化钼材料需要与纯水直接接触，将二硫化钼转移到目标衬底风干后，二维材料容易产生褶皱，纯水中的杂质物质也容易对材料造成污染。而在PDMS干法转移法中，直接将PDMS贴附在生长衬底上，通过加热提高吸附力将二维材料转移出来，再贴附到目标衬底上，然而PDMS并不能与生长衬底完全紧密贴附，导致诸多材料不能被转移下来，甚至出现破损，转移效率低下。

因此，现有二维材料转移方法在转移过程中会对原始的二维半导体薄膜造成损伤、褶皱或污染，影响转移材料的电学性能。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的PMMA水辅助转移法和PDMS干法转移法对二维半导体薄膜造成的损伤或者影响问题，提出一种高效、无损的二维半导体材料的转移方法，采用PMMA替代PDMS，并在高湿度环境下对单层二维材料进行干法转移，既保证了二维材料的转移效率，还避免传统水辅助转移法带来的褶皱和污染的引入，有效提升了转移后单层二维材料半导体薄膜的电学性能。

为实现上述目的，本发明的第一方面提出一种二维半导体材料的转移方法，包括：

步骤1、使用化学气相沉积法在生长衬底上制备二维半导体材料，得到二维半导体材料/生长衬底结构；

步骤2、在二维半导体材料/生长衬底表面旋涂PMMA，并将旋涂好PMMA的生长衬底放置在热板上加热固化，固化后的PMMA在生长衬底表面凝结为一层薄膜，即PMMA固化胶层，由此得到PMMA固化胶层/二维半导体材料/生长衬底的三层结构；

步骤3、保持转移环境湿度在50％RH以上，在显微镜下观察PMMA固化胶层/二维半导体材料/生长衬底的三层结构，确定需要进行转移的目标区域，用小刻刀将该区域的PMMA固化胶层与其他区域分割开，然后用镊子将目标区域的PMMA固化胶层/二维半导体材料两层结构从生长衬底夹起、并直接贴附到目标衬底上，得到PMMA固化胶层/二维半导体材料/目标衬底三层结构；