CN110828309A - 一种二维材料刻蚀氧化硅 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二维材料刻蚀氧化硅，本发明先将二维材料通过化学气相沉积法直接生长或先在生长基底表面化学气相沉积法生长然后通过转移法转移至氧化硅表面；然后将其浸入氢氧化钾水溶液中，取出，之后用水清洗干净，获得表面转移有二维图案形貌的氧化硅。本发明方法通过二维材料催化促进碱液对氧化硅的刻蚀，刻蚀过程中没有氢氟酸这类毒性强的试剂参与，刻蚀过程环保；同时利用该发明可以实现二维材料单晶形貌向氧化硅基底的转移，方法简单、方便和可操作性强。

Description

一种二维材料刻蚀氧化硅
技术领域
本发明属于光刻技术领域，具体涉及一种二维材料作为模板刻蚀氧化硅的方法。
背景技术
通过一定的刻蚀方法将模板图案转移至目标基底是常用的光刻技术手段之一。近年研究表明脱氧核糖核酸(DNA)分子、氧化石墨烯、氯化钠等有机或无机物质通过氢氟酸腐蚀均可将由这些物质的组成的图形转移至氧化硅基底表面。虽然通过DNA分子折纸术与氢氟酸刻蚀氧化硅相结合，可以在氧化硅基底上刻蚀出任意形状的图案，但是，这种方法的光刻图案清晰度还需要提高。利用氧化石墨烯、氯化钠等物质与氢氟酸结合，在氧化硅基底表面较难刻蚀出特定形貌的图案。以石墨烯为代表的二维材料，如六方氮化硼、硫化钼、硫化钨等为蜂窝状晶体结构，单晶形貌通常为规则的正三角形或正六边形，如能将这些图形转移至氧化硅基底表面，对于丰富刻蚀图案以及实现特殊形貌的纳米器件是有意义的。
氢氧化钾对氧化硅具有腐蚀性，在二维材料的催化下，能够加速刻蚀二维材料覆盖部分氧化硅的刻蚀速度，在氧化硅基底上形成二维材料的图案。催化刻蚀的机理，在于在二维材料与氧化硅接触处的界面处，氢氧根离子浓度升高，加速被二维材料覆盖区域氧化硅的刻蚀。本专利通过在在氧化硅表面，转移或生长二维材料，然后浸入氢氧化钾溶液中经过氢氧化钾溶液的腐蚀，将二维材料的形貌转移至氧化硅基底表面。
该光刻方法不需要氢氟酸，即可实现氧化硅的刻蚀与光刻，光刻图案保真度高。
发明内容
本发明针对氧化硅的刻蚀技术，提出了一种利用二维材料刻蚀氧化硅的方法。
本发明二维材料刻蚀氧化硅的具体步骤是：
步骤(一)、氧化硅表面生长或转移二维材料。
二维材料通过化学气相沉积法直接生长或先在生长基底表面化学气相沉积法生长然后通过转移法转移至氧化硅表面。
如硫化钼，硫化钨可以通过化学气相沉积法直接在氧化硅基底表面沉积生长，生长出一定尺寸大小(5-100μm)的三角形或六边形单晶晶畴。石墨烯可以通过化学气相沉积法在铜基底表面生长，然后通过转移法转移至氧化硅表面。
步骤(二)、氧化硅的刻蚀。
将步骤(一)的产物，浸入氢氧化钾水溶液(0.5-2摩尔每升M/L)中，一定温度(10-50℃)，经过一定时间(0.5-20h)，取出，之后用水清洗干净，获得表面转移有二维图案形貌的氧化硅。
本发明的有益效果：本发明方法通过二维材料催化促进碱液对氧化硅的刻蚀，刻蚀过程中没有氢氟酸这类毒性强的试剂参与，刻蚀过程环保；同时利用该发明可以实现二维材料单晶形貌向氧化硅基底的转移，方法简单、方便和可操作性强。
具体实施方式
实施例1：
步骤(一)、氧化硅表面生长或转移二维材料
硫化钼通过化学气相沉积法直接在氧化硅基底表面沉积生长，生长出尺寸大小为10μm的三角形单晶晶畴；
步骤(二)、氧化硅的刻蚀。
将步骤(一)的产物，浸入浓度为0.5M/L氢氧化钾水溶液中，在10℃的条件下，经过0.5h，取出，之后用水清洗干净，获得表面转移有二维图案形貌的氧化硅。
实施例2：
步骤(一)、氧化硅表面生长或转移二维材料
硫化钨通过化学气相沉积法直接在氧化硅基底表面沉积生长，生长出尺寸大小为100μm的六边形单晶晶畴；
步骤(二)、氧化硅的刻蚀。
将步骤(一)的产物，浸入浓度为0.8M/L氢氧化钾水溶液中，在20℃的条件下，经过3h，取出，之后用水清洗干净，获得表面转移有二维图案形貌的氧化硅。
实施例3：
步骤(一)、氧化硅表面生长或转移二维材料
石墨烯先在生长基底表面化学气相沉积法生长然后通过转移法转移至氧化硅表面；
步骤(二)、氧化硅的刻蚀。
将步骤(一)的产物，浸入浓度为1M/L氢氧化钾水溶液中，在50℃的条件下，经过18h，取出，之后用水清洗干净，获得表面转移有二维图案形貌的氧化硅。

Claims (4)

1.一种二维材料刻蚀氧化硅，其特征在于,该方法具体包括以下步骤：
步骤(一)、氧化硅表面生长或转移二维材料
二维材料通过化学气相沉积法直接生长或先在生长基底表面化学气相沉积法生长然后通过转移法转移至氧化硅表面；
步骤(二)、氧化硅的刻蚀
将步骤(一)的产物，浸入浓度为0.5-2M/L氢氧化钾水溶液中，在10-50℃的条件下，经过0.5-20h，取出，之后用水清洗干净，获得表面转移有二维图案形貌的氧化硅。
2.根据权利要求1所述的一种二维材料刻蚀氧化硅，其特征在于：通过化学气相沉积法直接生长的二维材料为硫化钼；硫化钼通过化学气相沉积法直接在氧化硅基底表面沉积生长，生长出尺寸大小为5-100μm的三角形或六边形单晶晶畴。
3.根据权利要求1所述的一种二维材料刻蚀氧化硅，其特征在于：通过化学气相沉积法直接生长的二维材料为硫化钨；硫化钨通过化学气相沉积法直接在氧化硅基底表面沉积生长，生长出尺寸大小为5-100μm的三角形或六边形单晶晶畴。
4.根据权利要求1所述的一种二维材料刻蚀氧化硅，其特征在于：先在生长基底表面化学气相沉积法生长然后通过转移法转移至氧化硅表面的二维材料为硫化钼、硫化钨和石墨烯。
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