CN106115681A - 一种实现二维材料图形化的方法 - Google Patents

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    • G03F7/2004—Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image characterised by the use of a particular light source, e.g. fluorescent lamps or deep UV light

Abstract

本发明涉及器件加工方法，尤其是一种二维材料的加工方法。本发明中的一种实现二维材料图形化的方法，包括如下步骤：1）将转移过单层石墨烯材料的二氧化硅/硅衬底放置在操作台上；2）将位相光栅放置在样品上方，根据需求可选择一维或二维位相光栅实现石墨烯纳米带或纳米孔洞结构；3）使用激光照射位相光栅和样品；激光通过位相光栅发生相干现象形成激光能量的空间分布，照射到石墨烯上实现大规模的图形化结构。采用非接触方式，快速、大规模实现二维材料的图形化，避免复杂流程对二维材料的污染。

Description

一种实现二维材料图形化的方法
技术领域
本发明涉及器件加工方法，尤其是一种二维材料的加工方法。
背景技术
作为一种典型的二维材料，石墨烯在2004年首次被发现并因为其独特的性质了引发人们广泛而持续的关注。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈•盖姆和康斯坦丁•诺沃肖洛夫也因为发现石墨烯而获得2010年的诺贝尔物理学奖。在石墨烯研究热潮的带动下其他二维材料如硫化钼、氮化硼等也相继被研发出来并实现器件化应用，表现出独特优异的器件性能。为了实现二维材料的器件化应用往往需要结合一定的图形化工艺，实现诸如石墨烯纳米带、纳米孔洞等结构，以完成器件制备和性能实现。光刻是一种常用的图形化方法，但其复杂的工艺流程往往会在二维材料表面引入杂质，从而极大地影响器件性能。激光直写技术可以避免化学物质的使用和界面污染，但其图形化制备成本较高，大规模实现也受制于较低的直写速率。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种操作简单、使用方便的实现二维材料图形化的方法。该方法利用KrF准分子激光器，选用一维或二维位相光栅可分别在二维材料上实现条纹或孔洞结构。该方法不需要复杂的仪器和工艺，操作简单，且对二维材料具有普适性，可实现二维材料的器件化应用。
本发明中的一种实现二维材料图形化的方法，采用仪器包括衬底、二维材料薄膜、位相光栅和激光；衬底是二维材料薄膜的生长或转移模板，位相光栅是用于产生空间干涉图形的光学元件，激光为波长248nm的KrF准分子激光；二维材料薄膜为单层石墨烯；实现二维材料图形化包括如下步骤：
1）将转移过单层石墨烯材料的二氧化硅/硅衬底放置在操作台上；
2）将位相光栅放置在样品上方，根据需求可选择一维或二维位相光栅实现石墨烯纳米带或纳米孔洞结构；
3）使用激光照射位相光栅和样品；激光通过位相光栅发生相干现象形成激光能量的空间分布，照射到石墨烯上实现大规模的图形化结构。
作为优选，所述衬底材料为硬质衬底或柔性衬底。所述硬质衬底为二氧化硅、硅、蓝宝石或玻璃。所述柔性衬底为聚合物膜。
作为优选，所述二维材料膜为石墨烯、硫化钼或氮化硼制成。
本发明的有益效果：1、采用非接触方式，快速、大规模实现二维材料的图形化，避免复杂流程对二维材料的污染；2、衬底选择的多样性。适用于硬质的衬底（如二氧化硅/硅、蓝宝石、玻璃等）以及柔性衬底（聚合物膜）等；3、材料选择的多样性。可用于实现图形化的材料包括石墨烯、硫化钼、氮化硼等二维材料及其他有机、无机薄膜材料。
附图说明
图1为一种实现二维材料图形化的方法的流程示意图。
图2为二维材料转移到衬底上的示意图。
图3为一维位相光栅实现的纳米带结构示意图。
图4为二维位相光栅实现的纳米网结构示意图。
图5为条纹状石墨烯纳米带结构的扫描电子显微镜图像。
图6为孔洞状石墨烯纳米网结构的扫描电子显微镜图像。
图中标记：11、衬底，12、二维材料薄膜，13、位相光栅，14、激光，21、衬底，31、衬底。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明，但不应将此理解为本发明的上述主题的范围仅限于上述实施例。
如图1-4所示，一种实现二维材料图形化的方法，采用仪器包括衬底11、二维材料薄膜12、位相光栅13和激光14；衬底11是二维材料薄膜12的生长或转移模板，位相光栅13是用于产生空间干涉图形的光学元件，激光14为波长248nm的KrF准分子激光；衬底11材料为二氧化硅或硅，二维材料薄膜12为单层石墨烯；实现二维材料图形化包括如下步骤：
1）将转移过单层石墨烯材料的二氧化硅/硅衬底放置在操作台上；
2）将位相光栅放置在样品上方，根据需求可选择一维或二维位相光栅实现石墨烯纳米带或纳米孔洞结构；
3）使用激光照射位相光栅和样品；激光通过位相光栅发生相干现象形成激光能量的空间分布，照射到石墨烯上实现大规模的图形化结构。
如图5-6所示，从图中可以看到大规模图形化的条状纳米带和孔洞状纳米网结构，图形周期约为2um。
本发明中实现二维材料图形化的方法的有益效果：1、采用非接触方式，快速、大规模实现二维材料的图形化，避免复杂流程对二维材料的污染；2、衬底选择的多样性。适用于硬质的衬底（如二氧化硅/硅、蓝宝石、玻璃等）以及柔性衬底（聚合物膜）等；3、材料选择的多样性。可用于实现图形化的材料包括石墨烯、硫化钼、氮化硼等二维材料及其他有机、无机薄膜材料。

Claims (5)

1.一种实现二维材料图形化的方法，采用仪器包括衬底、二维材料薄膜、位相光栅和激光；衬底是二维材料薄膜的生长或转移模板，位相光栅是用于产生空间干涉图形的光学元件，激光为KrF准分子激光；二维材料薄膜为单层石墨烯；实现二维材料图形化包括如下步骤：
1）将转移过单层石墨烯材料的二氧化硅/硅衬底放置在操作台上；
2）将位相光栅放置在样品上方，根据需求可选择一维或二维位相光栅实现石墨烯纳米带或纳米孔洞结构；
3）使用激光照射位相光栅和样品；激光通过位相光栅发生相干现象形成激光能量的空间分布，照射到石墨烯上实现大规模的图形化结构。
2.根据权利要求1所述的一种实现二维材料图形化的方法，其特征在于，所述衬底材料为硬质衬底或柔性衬底。
3.根据权利要求2所述的一种实现二维材料图形化的方法，其特征在于，所述硬质衬底为二氧化硅、硅、蓝宝石或玻璃。
4.根据权利要求2所述的一种实现二维材料图形化的方法，其特征在于，所述柔性衬底为聚合物膜。
5.根据权利要求1所述的一种实现二维材料图形化的方法，其特征在于，所述二维材料膜为石墨烯、硫化钼或氮化硼制成。
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