[发明专利]一种微机械剥离图案化二维材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种微机械剥离图案化二维材料的制备方法，包括如下步骤：S101：在初始衬底上剥离出过渡金属硫化物的二维材料；S102：将剥离出的所述二维材料转移至所需使用的目标衬底上；S103：在所述基底上旋涂电子束光刻胶，将其烘干后用电子束曝光的方式将所述基底上的电子束光刻胶层图案化；S104：将所述步骤S103处理后的基底浸没在丙酮溶液中，然后取出并加热，去除电子束光刻胶，得到微机械剥离图案化二维材料。本发明的微机械剥离图案化二维材料的制备方法，剥离速度快，操作简单成本低，适用于大范围推广。本发明方法制备得到的图案化的机械剥离二维材料图案化质量高，不易被污染。

技术领域

本发明属于二维材料的加工技术领域，具体涉及一种微机械剥离图案化二维材料及其制备方法和应用。

背景技术

原子级层状二维材料的出现给我们带来了崭新的物理机制和巨大的应用潜力。自从2004年通过机械剥离法获得单层石墨烯以来，该方法一直是获取不同厚度和横向尺寸层状二维材料的重要手段之一，这些材料具有比表面积大，迁移率高、尺寸小，光吸收效率高等优势。但是随着对类石墨烯材料研究的快速发展，另一个研究领域已经出现，并且在过去的几年里茁壮成长。该领域涉及由不同的二维晶体堆叠所形成的异质结及其相关器件的制作。由于机械剥离材料形状的随机性，如果制备异质结器件所需的两种材料都需要通过机械剥离来获得，这就增加了机械剥离制备异质结器件的难度。需要花费大量的时间在样品的制备上。因此如何快速精确的制备图案化的机械剥离二维材料是制约二维材料异质结器件制备的瓶颈之一。

目前，现有的图案化微机械剥离二维材料的制备方法主要是通过电子束刻蚀，使用电子束刻蚀工艺的不足之处在于会使得二维材料表面暴露于各种化学物质(包括但不限于聚合物抗蚀剂和溶剂)，并且这些残留物无法通过实验方法将其完全去除，导致二维材料表面被污染，降低制备的二维材料器件的性能，制约了二维材料器件的实用化进程。

发明内容

为了克服现有技术存在的制备图案化机械剥离二维材料的操作复杂以及表面被污染等问题，本发明提供一种微机械剥离图案化二维材料的制备方法。该方法操作简单，成本低，且得到的图案化二维材料质量高。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提出了一种微机械剥离图案化二维材料的制备方法，包括如下步骤：

S101：在初始衬底上剥离出过渡金属硫化物的二维材料；

S102：将剥离出的所述二维材料转移至所需使用的目标衬底上；

S103：在所述基底上旋涂电子束光刻胶，将其烘干后用电子束曝光的方式将所述基底上的电子束光刻胶层图案化；

S104：将所述步骤S103处理后的基底浸没在丙酮溶液中，然后取出并加热，去除电子束光刻胶，得到微机械剥离图案化二维材料。

本发明的微机械剥离图案化二维材料的制备方法，剥离速度快，操作简单成本低，适用于大范围推广。本发明方法制备得到的图案化的机械剥离二维材料图案化质量高，不易被污染。

作为本发明的具体实施方式，在所述步骤S101前，还包括如下步骤：通过离子刻蚀对初始衬底进行预处理。

优选地，所述初始衬底采用表面镀有厚度为280nm～320nm的SiO₂的SiO₂/Si片，例如280nm，300nm，320nm及其任意组合的范围。

优选地，刻蚀的参数为O₂气流量45sccm～55sccm，例如45sccm，50sccm，55sccm及其任意组合的范围。

和/或，功率为45W～55W，例如45W，50W，55W及其任意组合的范围。

和/或，时间为250s～350s，例如250s，300s，350s及其任意组合的范围。