CN114497374B - 一种转移金属电极构筑范德华晶体管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及晶体管技术领域，具体涉及一种转移金属电极构筑范德华晶体管的方法。首先通过模板法制备金属电极，然后通过膜辅助法将制备好的金属电极转移到半导体表面构筑晶体管器件，通过该方法构筑的晶体管，半导体表面和晶格不会被破坏，金属电极和半导体依靠范德华力形成接触，不会产生费米能级钉扎。即通过改变金属电极，使用不同功函数的金属与半导体形成异质结，异质结肖特基势垒高度不同，载流子输运类型可以改变。

Description

一种转移金属电极构筑范德华晶体管的方法
技术领域
本发明涉及晶体管技术领域，具体涉及一种转移金属电极构筑范德华晶体管的方法。
背景技术
晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件，包括各种半导体材料制成的二极管(二端子)、三极管、场效应管、晶闸管(后三者均为三端子)等。晶体管的构筑离不开电极的构筑。在传统的晶体管构筑过程中，电极的制备采用的大多是热蒸发、电子束蒸镀、磁控溅射、原子层沉积等方法。在这些电极制备方法都是高能过程，容易破坏半导体材料表面结构，例如金属原子进入半导体内部，金属原子与半导体形成化学键等，会在金属-半导体界面产生严重的费米能级钉扎，使得金属-半导体接触形成的费米能级被钉扎在半导体导带附近，金属-半导体肖特基势垒高度难以调控。因此，寻找一种新的电极构筑方式，实现电极的无损集成具有重要意义。
发明内容
基于上述内容，本发明提供一种转移金属电极构筑范德华晶体管的方法。取代传统方法中直接在半导体表面通过热蒸发、电子束蒸镀、磁控溅射等高能电极构筑过程。使用新的电极构筑方法结合转移方法，实现晶体管中金属-半导体的范德华接触。
一种金属电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)在衬底A上制备金属电极模板；
(2)通过静电力摩擦将所述金属电极模板转移到衬底B上；
(3)在附着有金属电极模板的衬底B上沉积金属层，得到所述金属电极。
进一步地，所述步骤(1)中，金属电极模板作为转移过程中与有机物薄膜与金属层之间的媒介，同时作为金属电极的形状模板，需要具有与目标金属电极相匹配的形状，通常可以是条带形状。可以使用水热法、化学气相沉积法、静电纺丝法等方法在衬底A上制备金属电极模板；所述金属电极模板为ZnO、SnO2和In2O3中的任意一种或多种；所述金属电极模板的尺寸为：宽度3～10μm，长度大于10μm；所述金属电极模板的形状为条带状或线状，通常表面平整，沉积金属后，金属在其表面可以形成通路。
进一步地，所述步骤(2)具体包括：将生长有金属电极的衬底A倒扣在衬底B上，衬底A和衬底B相对单向运动，使金属电极模板平铺在衬底B表面。
进一步地，所述步骤(3)中沉积金属层的方法选自热蒸发法、电子束蒸镀法和磁控溅射法中的任意一种，所述金属层厚度为1～1000μm。
在衬底A上制备的金属电极模板不是平铺在衬底上，如图5a所示，直接在衬底A上沉积金属难以在模板表面沉积均匀，从而影响后续条状金属电极的制备，而使用静电力摩擦的方法将金属电极模板转移至衬底B上，过程中，因为摩擦力和静电吸附力，使得金属电极模板材料分散平铺在新的衬底表面，如图5b所示，使得金属可以在金属电极模板表面均匀沉积。
本发明的技术方案之二，上述金属电极的制备方法制备得到的金属电极。
本发明的技术方案之三，一种转移金属电极构筑范德华晶体管的方法，使用膜辅助法将上述金属电极的制备方法制备得到的金属电极转移到半导体层上，得到所述范德华晶体管，其中所述金属电极的金属层和半导体层直接接触。
所述金属电极包括金属电极模板和金属层，在后续步骤中金属层和金属电极模板始终作为一个整体被转移。
进一步地，具体包括以下步骤：
步骤a：将聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜与沉积有金属层的衬底B贴合后揭起(贴合时间5～10s)，得到PDMS/金属层/金属电极模板复合结构；此时，金属电极模板和金属层一起被转移到PDMS表面，衬底B上除金属模板区域其他沉积了金属的部分扔保留在衬底B表面(其原因在于含有金属电极模板的位置和不含有电极模板的位置存在高度差，从而使得PDMS薄膜只在含有金属电极模板的位置和金属层贴合紧密，并通过揭起的方式转移到PDMS薄膜表面)。
步骤b：使用PPC图章和PDMS/金属层/金属电极模板复合结构上的金属电极模板接触，从PDMS衬底表面提取金属电极模板和金属电极。具体操作如下，将PPC图章和PDMS/金属层/金属电极模板复合材料上的金属电极模板接触加热至40～80℃，温度升高，PPC薄膜对金属电极模板的吸附力增加，但仍保持成膜状态。保持1min后冷却至35℃以下，抬起PPC图章，金属电极随着金属电极模板一起被PPC提起，得到粘附有第一根金属电极的PPC图章。
步骤c：重复步骤b，使用PPC图章提取第二根金属电极，得到粘附有金属电极对的PPC图章。该步骤需要调整好第一根金属电极和第二根金属电极的相对位置和角度。
步骤d：将粘附有金属电极对的PPC图章和半导体表面接触，加热至100～150℃，PPC薄膜溶化成液态，从PPC图章表面分离，保持1min后，冷却至85℃以下，抬起PPC印章，使得金属电极与PPC薄膜一起落在半导体层上，得到所述范德华晶体管。此时PPC薄膜覆盖在晶体管表面，将所述范德华晶体管放入丙酮溶液中3min后取出，放入异丙醇溶液中30s后取出，氮气吹干，去除晶体管表面的PPC薄膜。
进一步地，进行步骤d前还包括重复步骤b和步骤c制备粘附有多个金属电极对的PPC图章步骤。
进一步地，所述PPC图章的制备包括以下步骤：使用3M透明胶带将聚二甲基硅氧烷膜固定在载玻片上后，在3M透明胶带表面放置一层聚碳酸丙烯酯薄膜，形成载玻片-PDMS-3M透明胶带-PPC结构，加热使得PPC在3M透明胶带上均匀铺展，得到所述PPC图章。该步骤的加热可以是100℃加热1min。
进一步地，所述半导体层的半导体材料为1维、2维、3维半导体材料，所述半导体层的半导体材料为1维、2维时，半导体材料通过生长的方法直接在衬底c上生长或者使用胶带通过机械剥离的方法将半导体材料剥离至衬底c上。所述衬底c为硅衬底、玻璃衬底或柔性衬底。所述半导体材料是指作为沟道的材料。
进一步地，步骤d后还包括：将所述范德华晶体管放入丙酮溶液中3min后取出，放入异丙醇溶液中30s后取出，氮气吹干，去除晶体管表面的PPC薄膜(器件构筑完成后，PPC薄膜留在晶体管表面，需要依次使用丙酮、异丙醇将PPC薄膜去除)。
本发明的技术方案之四，上述转移金属电极构筑范德华晶体管的方法得到的范德华晶体管。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明首先通过模板法制备金属电极，然后通过膜辅助法将制备好的金属电极转移到半导体表面构筑晶体管元件，通过该方法构筑的晶体管，半导体表面不会被破坏，金属电极和半导体依靠范德华力形成接触，不会产生费米能级钉扎。即通过改变金属电极，使用不同功函数的金属与半导体形成异质结，异质结界面肖特基势垒高度不同，晶体管载流子输运类型可以改变(使用该方法构筑不同金属电极的MoS2晶体管，其转移特征曲线变换如图8所示，随着使用金属电极功函数的增加，晶体管载流子输运类型由N型转变成P型)。晶体管的构筑需要以电子输运为主导的N型晶体管和以空穴输运为主导的P型晶体管。使用传统高能电极制备手段在二维半导体表面沉积金属制备得到的晶体管，由于电极制备高能过程，在金属-半导体界面产生了严重的费米能级钉扎，使得特定沟道材料的晶体管的输运类型难以通过金属电极功函数调控。本发明方法通过物理的手段将金属电极集成到半导体表面，是一种低能量过程，大大减小了金属-半导体之间的费米能级钉扎，对于同一沟道材料的晶体管而言，可以通过改变金属电极功函数改变其载流子输运类型。
本申请的技术方案1.通过模板法制备了条形金属电极；2.通过精确转移电极的方法，将金属电极直接转移至半导体表面，与传统使用热蒸镀、电子束蒸镀、磁控溅射等高能手段在半导体表面制备电极会破坏半导体晶格的方法不同，使用该方法半导体仍能保持完整晶格，金属-半导体界面清晰。具体如图9所示，由图9可看出金属原子没有进入半导体体内减少了金属和半导体界面处的费米能级钉扎，使得金属-半导体形成的肖特基势垒高度随金属功函数可调。
附图说明
图1为本发明实施例1中在氧化锌纳米带上沉积金属电极示意图；
图2为本发明实施例1中使用PDMS转移氧化锌纳米带与金属电极的光镜图；
图3为本发明实施例1中制备的PPC图章结构示意图和照片图；
图4为本发明实施例1中使用PPC图章将金属电极转移到半导体表面构筑场效应晶体管流程示意图及对应步骤电极光镜图；
图5为本发明实施例1中金属电极模板，其中a为金属电极模板在衬底A上的SEM图片，b金属电极模板在衬底B上的光镜图；
图6为本发明实施例2步骤3制备的沟道材料的光镜图；
图7为本发明实施例2制备的PDMS-Ag-ZnO结构的结构图；
图8为本发明实施例6构筑不同金属电极的MoS2晶体管的转移特征曲线；
图9为实施例7中使用聚焦离子/电子双束系统制备的金属铂电极与二维WSe2表面接触部分的截面透射样品并使用环境气氛球差校正透射电镜拍摄得到的TEM图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
步骤1.准备衬底A，衬底A上有使用CVD方法生长出氧化锌纳米带做为金属电极模板(相关内容为现有技术在此不进行赘述)，宽度3～10微米，长度100～500微米。
步骤2.准备空白洁净的硅衬底B。
步骤3.准备带有目标半导体少层(二维半导体材料通用描述)MoS2的衬底C，衬底C上的MoS2作为晶体管的沟道材料。
步骤4.将衬底A上的氧化锌纳米带倒扣在洁净硅片衬底B上，固定衬底B，使衬底A在衬底B所在平面沿着任意一个方向水平运动，使得氧化锌纳米带在衬底B上平整分布(图5)。图5a金属电极模板在衬底A上的SEM图片；图5b金属电极模板在衬底B上的光镜图。
步骤5.使用热蒸镀的方法在经过步骤4处理的含有氧化锌纳米带的衬底B表面沉积50nm厚的金金属层(相关内容为现有技术，在此不进行赘述)，得到转移的金属电极。在氧化锌纳米带上沉积金属电极示意图见图1。
步骤6.将PDMS薄膜与步骤5蒸镀好金金属层的衬底B贴紧，固定衬底B，将PDMS薄膜缓慢揭起，使得氧化锌纳米带及在纳米带正上方与纳米带形状一致的金被转移到PDMS上(由于高度差的原因)，形成PDMS-Au-ZnO结构(PDMS在最下层，与具有氧化锌纳米带的金电极接触，金的正上方是氧化锌纳米带)。使用PDMS转移氧化锌纳米带与金属电极的光镜图见图2。
步骤7.另外准备一片载玻片，取一小块约2*2mm，厚度2mm的PDMS薄膜放置在载玻片正中间，使用3M透明胶带将上述小块PDMS固定在载玻片上。PDMS的作用是使得整个图章具有一定弹性。在洁净空白硅衬底上旋涂PPC，100℃烘干后将PPC薄膜从硅衬底上揭起，放置在小块PDMS上方的3M透明胶带上，形成载玻片-PDMS-3M透明胶带-PPC结构，称为PPC图章，将PPC图章放在100℃热板上加热1分钟，使PPC在3M透明胶带上均匀铺展，同时消除3M透明胶带与PPC之间的气泡。制备的PPC图章结构示意图和照片图见图3。
步骤8.将步骤6得到的带有金和氧化锌纳米带的PDMS固定在精确转移平台的样品台上，并将步骤7制得的PPC图章放置在PDMS正上方，调整好角度，缓慢下降PPC图章直至PPC薄膜与一根氧化锌纳米带接触，加热至40℃，保持1min，待整个系统冷却至35℃以下，垂直抬起PPC图章，第一根氧化锌纳米带和纳米带底部的金电极被转移至PPC图章上，氧化锌纳米带与PPC直接接触。在PMDS上寻找第二根氧化锌纳米带，调整好其与PPC图章上的第一根电极的相对位置和角度，缓慢下降带有第一根电极的PPC图章直至PPC薄膜与氧化锌纳米带接触，加热至60℃，保持1min，随后降温，待整个系统冷却至35℃以下，垂直抬起PPC图章，第二根电极也被转移至PPC图章上，此时PPC图章上有2根电极，构成一个电极对。
步骤9.将步骤3得到的带有MoS2衬底C固定在精确转移平台的样品台上，调整好PPC图章上的电极与衬底C上的MoS2的相对位置和角度，缓慢下降PPC图章直至与目标半导体接触。加热至120℃，保持1min，随后降温，待整个系统冷却至85℃以下，缓慢抬起PPC图章，此时PPC薄膜和3M透明胶带分离，与电极一起落在衬底C的MoS2上方。待衬底C冷却至室温后，将其放入丙酮溶液，3分钟后取出，放入异丙醇溶液，30秒后取出，使用氮气吹干(去除残存的PPC材料)。金电极成功转移至MoS2表面，得到范德华晶体管。使用PPC图章将金属电极转移到半导体表面构筑场效应晶体管流程示意图及对应步骤电极光镜图见图4。
实施例2
步骤1.准备衬底A，衬底A上有使用CVD方法生长出氧化锌纳米带，宽度3～10微米，长度100～500微米。
步骤2.准备空白洁净的硅衬底B。
步骤3.准备带有目标半导体少层MoS2的衬底C，衬底C上的MoS2作为晶体管的沟道材料(图6)。
步骤4.将衬底A上的氧化锌纳米带倒扣在洁净硅片衬底B上，固定衬底B，使衬底A在衬底B所在平面沿着任意一个方向水平运动，使得氧化锌纳米带在衬底B上平整分布。
步骤5.使用热蒸镀的方法在经过步骤4处理的含有氧化锌纳米带的衬底B表面沉积50nm厚的银(相关内容为现有技术，在此不进行赘述)，得到转移的金属电极。
步骤6.将PDMS薄膜与步骤5蒸镀好银金属层的衬底B贴紧，固定衬底B，将PDMS薄膜缓慢揭起，使得氧化锌纳米带及在纳米带正上方与纳米带形状一致的银被转移到PDMS上(由于高度差的原因)，形成PDMS-Ag-ZnO结构(PDMS在最下层，与具有氧化锌纳米带的银电极接触，银的正上方是氧化锌纳米带)(图7)。
步骤7.另外准备一片载玻片，取一小块约2*2mm，厚度2mm的PDMS薄膜放置在载玻片正中间，使用3M透明胶带将上述小块PDMS固定在载玻片上。在洁净空白硅衬底上旋涂PPC，100℃烘干后将PPC薄膜从硅衬底上揭起，放置在小块PDMS上方的3M透明胶带上，形成载玻片-PDMS-3M透明胶带-PPC结构，称为PPC图章，将PPC图章放在100℃热板上加热1分钟，使PPC在3M透明胶带上均匀铺展，同时消除3M透明胶带与PPC之间的气泡。
步骤8.将步骤6得到的带有银和氧化锌纳米带的PDMS固定在精确转移平台的样品台上，并将步骤7制得的PPC图章放置在PDMS正上方，调整好角度，缓慢下降PPC图章直至PPC薄膜与一根氧化锌纳米带接触，加热至60℃，保持1min，待整个系统冷却至35℃以下，垂直抬起PPC图章，第一根氧化锌纳米带和纳米带底部的银电极被转移至PPC图章上，氧化锌纳米带与PPC直接接触。在PMDS上寻找第二根氧化锌纳米带，调整好其与PPC图章上的第一根电极的相对位置和角度，缓慢下降带有第一根电极的PPC图章直至PPC薄膜与氧化锌纳米带接触，加热至60℃，保持1min，随后降温，待整个系统冷却至35℃以下，垂直抬起PPC图章，第二根电极也被转移至PPC图章上，此时PPC图章上有2根电极，构成一个电极对。
步骤9.将步骤3得到的带有MoS2衬底C固定在精确转移平台的样品台上，调整好PPC图章上的电极与衬底C上的MoS2的相对位置和角度，缓慢下降PPC图章直至与目标半导体接触。加热至120℃，保持1min，随后降温，待整个系统冷却至85℃以下，缓慢抬起PPC图章，此时PPC薄膜和3M透明胶带分离，与电极一起落在衬底C的MoS2上方。待衬底C冷却至室温后，将其放入丙酮溶液，3分钟后取出，放入异丙醇溶液，30秒后取出，使用氮气吹干。银电极成功转移至MoS2表面，得到范德华晶体管。
实施例3
步骤1.准备衬底A，衬底A上有使用CVD方法生长出氧化锌纳米带，宽度3～10微米，长度100～500微米。
步骤2.准备空白洁净的硅衬底B。
步骤3.准备带有目标半导体少层WSe2的衬底C，衬底C上的WSe2作为晶体管的沟道材料。
步骤4.将衬底A上的氧化锌纳米带倒扣在洁净硅片衬底B上，固定衬底B，使衬底A在衬底B所在平面沿着任意一个方向水平运动，使得氧化锌纳米带在衬底B上平整分布。
步骤5.使用热蒸镀的方法在经过步骤4处理的含有氧化锌纳米带的衬底B表面沉积50nm厚的金金属层，得到转移的金属电极。
步骤6.将PDMS薄膜与步骤5蒸镀好金金属层的衬底B贴紧，固定衬底B，将PDMS薄膜缓慢揭起，使得氧化锌纳米带及在纳米带正上方与纳米带形状一致的金被转移到PDMS上，形成PDMS-Au-ZnO结构(PDMS在最下层，与具有氧化锌纳米带的金电极接触，金的正上方是氧化锌纳米带)。
步骤7.另外准备一片载玻片，取一小块约2*2mm，厚度2mm的PDMS薄膜放置在载玻片正中间，使用3M透明胶带将上述小块PDMS固定在载玻片上。在洁净空白硅衬底上旋涂PPC，100℃烘干后将PPC薄膜从硅衬底上揭起，放置在小块PDMS上方的3M透明胶带上，形成载玻片-PDMS-3M透明胶带-PPC结构，称为PPC图章，将PPC图章放在100℃热板上加热1分钟，使PPC在3M透明胶带上均匀铺展，消除3M透明胶带与PPC之间的气泡。
步骤8.将步骤6得到的带有金和氧化锌纳米带的PDMS固定在精确转移平台的样品台上，并将步骤7制得的PPC图章放置在PDMS正上方，调整好角度，缓慢下降PPC图章直至PPC薄膜与一根氧化锌纳米带接触，加热至40～80℃，保持1min，待整个系统冷却至35℃以下，垂直抬起PPC图章，第一根氧化锌纳米带和纳米带底部的金电极被转移至PPC图章上，氧化锌纳米带与PPC直接接触。在PMDS上寻找第二根氧化锌纳米带，调整好其与PPC图章上的第一根电极的相对位置和角度，缓慢下降带有第一根电极的PPC图章直至PPC薄膜与氧化锌纳米带接触，加热至40～80℃，保持1min，随后降温，待整个系统冷却至35℃以下，垂直抬起PPC图章，第二根电极也被转移至PPC图章上，此时PPC图章上有2根电极，构成一个电极对。
步骤9.将步骤3得到的带有WSe2衬底C固定在精确转移平台的样品台上，调整好PPC图章上的电极与衬底C上的MoS2的相对位置和角度，缓慢下降PPC图章直至与目标半导体接触。加热至120℃，保持1min，随后降温，待整个系统冷却至85℃以下，缓慢抬起PPC图章，此时PPC薄膜和3M透明胶带分离，与电极一起落在衬底C的WSe2上方。待衬底C冷却至室温后，将其放入丙酮溶液，3分钟后取出，放入异丙醇溶液，30秒后取出，使用氮气吹干。金电极成功转移至WSe2表面，得到范德华晶体管。
实施例4
步骤1.准备衬底A，衬底A上有使用CVD方法生长出氮化镓纳米带(相关内容为现有技术在此不进行赘述)，宽度3～10微米，长度100～500微米。
步骤2.准备空白洁净的硅衬底B。
步骤3.准备带有目标半导体少层MoS2的衬底C，衬底C上的MoS2作为晶体管的沟道材料。
步骤4.将衬底A上的氮化镓纳米带倒扣在洁净硅片衬底B上，固定衬底B，使衬底A在衬底B所在平面沿着任意一个方向水平运动，使得氮化镓纳米带在衬底B上平整分布。
步骤5.使用热蒸镀的方法在经过步骤4处理的含有氮化镓纳米带的衬底B表面沉积50nm厚的金金属层，得到转移的金属电极。
步骤6.将PDMS薄膜与步骤5蒸镀好金金属层的衬底B贴紧，固定衬底B，将PDMS薄膜缓慢揭起，使得氮化镓纳米带及在纳米带正上方与纳米带形状一致的金被转移到PDMS上(由于高度差的原因)，形成PDMS-Au-GaN结构(PDMS在最下层，与具有氮化镓纳米带的金电极接触，金的正上方是氮化镓纳米带)。
步骤7.另外准备一片载玻片，取一小块约2*2mm，厚度2mm的PDMS薄膜放置在载玻片正中间，使用3M透明胶带将上述小块PDMS固定在载玻片上。在洁净空白硅衬底上旋涂PPC，100℃烘干后将PPC薄膜从硅衬底上揭起，放置在小块PDMS上方的3M透明胶带上，形成载玻片-PDMS-3M透明胶带-PPC结构，称为PPC图章，将PPC图章放在100℃热板上加热1分钟，使PPC在3M透明胶带上均匀铺展，同时消除3M透明胶带与PPC之间的气泡。
步骤8.将步骤6得到的带有金和氮化镓纳米带的PDMS固定在精确转移平台的样品台上，并将步骤7制得的PPC图章放置在PDMS正上方，调整好角度，缓慢下降PPC图章直至PPC薄膜与一根氮化镓纳米带接触，加热至40～80℃，保持1min，待整个系统冷却至35℃以下，垂直抬起PPC图章，第一根氮化镓纳米带和纳米带底部的金电极被转移至PPC图章上，氮化镓纳米带与PPC直接接触。在PMDS上寻找第二根氮化镓纳米带，调整好其与PPC图章上的第一根电极的相对位置和角度，缓慢下降带有第一根电极的PPC图章直至PPC薄膜与氮化镓纳米带接触，加热至40～80℃，保持1min，随后降温，待整个系统冷却至35℃以下，垂直抬起PPC图章，第二根电极也被转移至PPC图章上，此时PPC图章上有2根电极，构成一个电极对。
步骤9.将步骤3得到的带有MoS2衬底C固定在精确转移平台的样品台上，调整好PPC图章上的电极与衬底C上的MoS2的相对位置和角度，缓慢下降PPC图章直至与目标半导体接触。加热至120℃，保持1min，随后降温，待整个系统冷却至85℃以下，缓慢抬起PPC图章，此时PPC薄膜和3M透明胶带分离，与电极一起落在衬底C的MoS2上方。待衬底C冷却至室温后，将其放入丙酮溶液，3分钟后取出，放入异丙醇溶液，30秒后取出，使用氮气吹干。金电极成功转移至MoS2表面，得到范德华晶体管。
实施例5
步骤1.准备衬底A，衬底A上有使用CVD方法生长出氧化锌纳米带，宽度3～10微米，长度100～500微米。
步骤2.准备空白洁净的硅衬底B。
步骤3.准备带有目标半导体少层MoS2的衬底C，衬底C上的MoS2作为晶体管的沟道材料。
步骤4.将衬底A上的氧化锌纳米带倒扣在洁净硅片衬底B上，固定衬底B，使衬底A在衬底B所在平面沿着任意一个方向水平运动，使得氧化锌纳米带在衬底B上平整分布。
步骤5.使用热蒸镀的方法在经过步骤4处理的含有氧化锌纳米带的衬底B表面沉积50nm厚的金金属层。
步骤6.将PDMS薄膜与步骤5蒸镀好金金属层的衬底B贴紧，固定衬底B，将PDMS薄膜缓慢揭起，氧化锌纳米带及在纳米带正上方与纳米带形状一致的金被转移到PDMS上，形成PDMS-Au-ZnO结构(PDMS在最下层，与具有氧化锌纳米带的金电极接触，金的正上方是氧化锌纳米带)。
步骤7.另外准备一片载玻片，取一小块约2*2mm，厚度2mm的PDMS放置在载玻片正中间。在洁净空白硅衬底上旋涂PPC，100℃烘干后将PPC薄膜从硅衬底上揭起，放置在小块PDMS上方，形成载玻片-PDMS-PPC结构，称为PPC图章，将PPC图章放在100℃热板上加热1分钟，使PPC在PDMS上均匀铺展。
步骤8.将步骤6得到的带有金和氧化锌纳米带的PDMS固定在精确转移平台的样品台上，并将步骤7得到的PPC图章放置在PDMS正上方，调整好角度，缓慢下降PPC图章直至PPC薄膜与一根氧化锌纳米带接触，加热至60℃，保持1min，待整个系统冷却至35℃以下，垂直抬起PPC图章，第一根氧化锌纳米带和纳米带底部的金电极被转移至PPC图章上，氧化锌纳米带与PPC直接接触。在PMDS上寻找第二根氧化锌纳米带，调整好其与PPC图章上的第一根电极的相对位置和角度，缓慢下降带有第一根电极的PPC图章直至PPC薄膜与氧化锌纳米带接触，加热至60℃，保持1min，随后降温，待整个系统冷却至35℃以下，垂直抬起PPC图章，第二根电极也被转移至PPC图章上，此时PPC图章上有2根电极，构成一个电极对。
步骤9.将步骤3得到的带有MoS2衬底C固定在精确转移平台的样品台上，调整好PPC图章上的电极与衬底C上的MoS2的相对位置和角度，缓慢下降PPC图章直至与目标半导体接触。加热至120℃，保持1min，随后降温，待整个系统冷却至85℃以下，缓慢抬起PPC图章，此时PPC薄膜和PDMS分离，与电极一起落在衬底C的MoS2上方。待衬底C冷却至室温后，将其放入丙酮溶液，3分钟后取出，放入异丙醇溶液，30秒后取出，使用氮气吹干。金电极成功转移至MoS2表面，得到范德华晶体管。
PPC印章中3M透明胶带的作用是使得PPC图章表面具有一定的弧度，图章弧度越大，与半导体表面接触面积可以控制得越小，可以只从衬底B上提取部分样品。
实施例6
同实施例1，区别在于，金属电极分别为Ag、Cu、Au、Pd、Pt，构筑不同金属电极的MoS2晶体管，使用Keithley 4200半导体测试仪测试其转移特征曲线，结果见图8，通过转移特征曲线分析得到，随着使用金属电极功函数的增加，晶体管载流子输运类型由N型转变成P型。
实施例7
同实施例3，区别在于，金属电极为Pt，将金属铂电极与二维WSe2接触部分制备成的截面透射样品，其TEM图见图9，从TEM图分析得到，半导体仍能保持完整晶格，金属-半导体界面清晰，金属原子没有进入半导体体内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种金属电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)在衬底A上制备金属电极模板；
步骤(2)通过静电力摩擦将所述金属电极模板转移到洁净衬底B上；
步骤(3)在附着有金属电极模板的衬底B上沉积金属层，得到所述金属电极；
所述步骤(1)中，使用水热法、化学气相沉积法、静电纺丝法中的任意一种方法在衬底A上制备金属电极模板；所述金属电极模板为ZnO、SnO2和In2O3中的任意一种或多种；所述金属电极模板的尺寸为：宽度3～10μm，长度大于10μm；所述金属电极模板的形状为条带状或线状；
所述步骤(2)具体包括：将生长有金属电极的衬底A倒扣在洁净衬底B上，衬底A和衬底B相对单向运动，使金属电极模板平铺在衬底B表面；
所述步骤(3)中沉积金属层的方法选自热蒸发法、电子束蒸镀法和磁控溅射法中的任意一种，所述金属层厚度为1～1000μm。
2.一种转移金属电极构筑范德华晶体管的方法，其特征在于，使用膜辅助法将权利要求1所述的制备方法制备的金属电极转移到半导体层上，得到所述范德华晶体管，其中所述金属电极的金属层和半导体层直接接触；
所述的转移金属电极构筑范德华晶体管的方法，具体包括以下步骤：
步骤a：将聚二甲基硅氧烷薄膜与沉积有金属层的衬底B贴合后揭起，得到聚二甲基硅氧烷/金属层/金属电极模板复合结构；
步骤b：将PPC图章和聚二甲基硅氧烷/金属层/金属电极模板复合结构上的金属电极模板接触，加热至40～80℃，保持1min后，冷却至35℃以下，抬起PPC图章，得到粘附有第一根金属电极的PPC图章；
步骤c：重复步骤b，使用PPC图章提取第二根金属电极，得到粘附有金属电极对的PPC图章；
步骤d：将粘附有金属电极对的PPC图章和半导体表面接触，加热至100～150℃，保持1min后冷却至85℃以下，抬起PPC图章，使得金属电极落在半导体层上得到所述范德华晶体管。
3.根据权利要求2所述的转移金属电极构筑范德华晶体管的方法，其特征在于，进行步骤d前还包括重复步骤b和步骤c制备粘附有多个金属电极对的PPC图章步骤。
4.根据权利要求2所述的转移金属电极构筑范德华晶体管的方法，其特征在于，所述PPC图章的制备包括以下步骤：使用3M透明胶带将聚二甲基硅氧烷膜固定在载玻片上后，在3M透明胶带表面放置一层聚碳酸丙烯酯薄膜，形成载玻片-PDMS-3M透明胶带-PPC结构，加热使得PPC在3M胶带上均匀铺展，得到所述PPC图章。
5.根据权利要求2所述的转移金属电极构筑范德华晶体管的方法，其特征在于，所述半导体层的半导体材料为1维、2维、3维半导体材料，所述半导体层的半导体材料为1维、2维时，半导体材料通过生长的方法直接在衬底c上生长或者使用胶带通过机械剥离的方法将半导体材料剥离至衬底c上。
6.根据权利要求2所述的转移金属电极构筑范德华晶体管的方法，其特征在于，步骤d后还包括：将所述范德华晶体管放入丙酮溶液中3min后取出，放入异丙醇溶液中30s后取出，氮气吹干。
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