[发明专利]一种晶圆级二维材料的洁净转移方法

说明书

本发明涉及一种晶圆级二维材料的洁净转移方法，属于二维材料应用技术领域。本发明公开了一种晶圆级二维材料的洁净转移方法，主要是通过将不同分子量的聚甲基丙烯酸甲酯混合形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液，从而提高在二维材料表面旋涂后形成的PMMA支撑层的韧性以及厚度，以解决晶圆级二维材料在转移过程中存在的力学支撑问题，避免转移破损；同时本发明还通过紫外光辐照降解的方法，使PMMA厚膜降解减薄，最终结合溶剂溶解去除PMMA薄膜，实现晶圆级二维材料的洁净转移。

技术领域

本发明属于二维材料应用技术领域，具体涉及一种晶圆级二维材料的洁净转移方法。

背景技术

近年来，由于二硫化钼、氮化硼、石墨烯等二维材料的光电特性，其日益受到学术界和产业界的关注。然而随着高截止频率晶体管、宽谱红外、柔性OLED等基于二维材料的光电器件的研制不断深入，二维材料大尺寸洁净转移的问题也逐步凸显。

目前，高质量二维材料均通过在金属衬底上催化制备得到，因此在使用高质量二维材料之前必须将其转移至合适的目标基底上。现有技术中常用的主流转移方法为液相刻蚀法，其中用于转移二维材料的主要材料有：聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、热释放胶带(thermal release tape，TRT)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、松香(Rosin)、石蜡、萘、樟脑、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)等。然而上述涉及到的转移材料存在转移污染、转移破损等问题，不能满足二维材料光电器件进一步产业化的需求。例如：热释放胶带(TRT)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)由于其本身支撑层较厚，可达数百微米，因而能支撑大尺寸二维材料转移，然而，TRT和PDMS转移释放需要二维材料与目标基底实现原子尺度的紧密贴合，这对于大面积转移很难做到，灰尘等异物、表面突起、褶皱、油污等均会造成二维材料转移破损；此外，TRT和PDMS还存在胶层转移污损的问题；另外的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚碳酸酯(PC)、石蜡等其它材料转移时形成的支撑膜较薄(约100nm)，仅能实现1cm左右尺寸的二维材料转移；因此若增加转移的二维材料的面积则会导致PMMA等上述材料形成的支撑膜破裂而导致所转移二维材料破裂。

因此为了适应二维材料光电器件的产业化发展，亟需对二维材料在转移环节遇到的问题进行进一步深入，以实现晶圆级尺寸二维材料的无破损和无沾污转移。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种晶圆级二维材料的洁净转移方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种晶圆级二维材料的大面积洁净转移方法，所述方法包括如下步骤：

(1)配制聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液：将重均分子量大于等于100万的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和重均分子量小于等于1万的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合，加入有机溶剂溶解形成固含量为3～15％的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液，所述重均分子量小于1万的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的质量占比为30～60％；

(2)催化衬底/二维材料与韧性PMMA支撑层复合：在催化衬底/二维材料的二维材料表面旋涂所述聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液，加热干燥形成厚度为0.5～2μm的韧性PMMA支撑层，复合得到催化衬底/二维材料/韧性PMMA支撑层；

(3)去除催化衬底：将所述催化衬底/二维材料/韧性PMMA支撑层进行刻蚀或分离除去催化衬底形成二维材料/PMMA支撑层，然后将所述二维材料/PMMA支撑层的二维材料面转移至目标衬底上形成韧性PMMA支撑层/二维材料/目标衬底；

(4)除去韧性PMMA支撑层：将所述韧性PMMA支撑层/二维材料/目标衬底置于紫外下进行光辐照降解，然后将其置于酮类溶剂中溶解去除残留韧性PMMA支撑层即可。