CN116067734A - 二维材料在不同衬底间的转移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及二维材料转移技术领域，尤其涉及一种二维材料在不同衬底间的转移方法。二维材料在不同衬底间的转移方法包括如下步骤：使用碱金属卤化物制作衬底；将机械剥离的原始样品粘附在衬底表面，在光学显微操作台上选出目标样品；在衬底的旁边滴加去离子水使目标样品漂浮，通过探针挑起目标样品并将其移动到硅片上；对目标样品上残留的碱金属卤化物进行后续处理，完成二维材料的转移。本发明能够解决样品附带较难去除的污染物的问题，同时使用纳米级钨针，可以挑起较小尺度的样品且不易对样品造成破坏，实现对样品的无损转移。
Description
技术领域
本发明涉及二维材料转移技术领域，特别涉及一种二维材料在不同衬底间的转移方法。
背景技术
二维材料因其独特的特性而在材料科学界受到了极大的关注，如多功能能带结构、高载流子迁移率、可调谐光电特性、高催化活性等，这些二维构建模块也使各种新颖结构的构建成为可能，如具有新特性和功能的范德华异质结构。在过去的几年中，已经开发了几种方法来将二维材料转移和集成到功能结构中诸如聚合物层辅助湿法转移、干法转移、表面能辅助、楔形转移、热释放胶带辅助、表面能辅助、鼓泡转移以及真空热压法等转移技术已大量应用于2D材料的研究中。然而，在转移阶段经常发生一些问题如对样片造成损伤或污染，如聚合物残留，往往会造成性能的下降。克服这些问题的关键是要开发出一种干净、可行、精确的转移方法，这样二维材料的研究和应用才能不受阻碍地进行和发展。
转移二维材料的一个基本挑战是将二维材料从原始基板上分离出来，而不对它造成破坏或引入污染。现有的表面能辅助法具有较大优势，将机械剥离于硅片上的样品放置在乙醇溶液中，较低的体系吉布斯自由能和较弱的MoS2与乙醇之间的黏附能使乙醇溶液自发地嵌入到MoS2与SiO2之间，有利于二维材料与原基体的分离。2D材料和衬底之间的粘附能量减少，使探针能够撬起二维材料。通过探针的精确控制，2D材料可以成功地转移到目标基板上。一旦2D材料被放置在目标位置上，乙醇就会自动蒸发，退火后整个转移过程就完成了。但是由于硅片与样品之间依然存在一定的吸附力，探针无法直接伸入其中的间隙，需要对样品反复拨动，这样很容易对样品造成损害。另外，对于二维材料在量子光学方面的应用，残留的乙醇溶液会影响单光子发射性能。
聚合物湿法转移是现有技术中应用较为广泛的一种，使用PMMA等聚合物做支撑随后用有机溶液溶解清洗掉。然而，在实际操作中样品往往会有聚合物残留对样品造成污染，这无疑会影响到样品的性能和使用。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种二维材料在不同衬底间的转移方法，能够解决样品附带较难去除的污染物的问题以及对于较小尺度的样品在转移时容易造成破坏的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提供的一种二维材料在不同衬底间的转移方法，包括如下步骤：
S1、使用碱金属卤化物制作衬底；
S2、将机械剥离的原始二维材料样品粘附在衬底表面，将衬底放
置在光学显微操作台上，使用物镜选出目标二维材料样品；
S3、将探针固定在光学显微操作台上并进行调节，在衬底的旁边缓慢滴加去离子水，使目标二维材料样品漂浮；
S4、将探针伸到目标二维材料样品的底部，挑起目标二维材料样品；
S5、将使用碱金属卤化物制作的衬底换为硅片，移动探针将目标二维材料样品置于硅片上，完成目标二维材料样品的初步转移；
S6、对目标二维材料样品上残留的碱金属卤化物进行后续处理，完成目标二维材料样品的转移。
进一步地，碱金属卤化物为氯化钠或氯化钾或溴化钾。
进一步地，衬底尺寸为10mm×10mm×1mm。
进一步地，光学显微操作台为手动操作台，x轴、y轴、z轴移动范围均为13mm，分辨率均为0.01mm。
进一步地，使用物镜选出目标二维材料样品包括如下步骤：
S21、分别使用4倍、20倍、40倍物镜观察并选出尺寸和厚度合适的目标二维材料样品；
S22、对目标二维材料样品进行拍照后，用20倍物镜找到目标二维材料样品。
进一步地，探针选用钨针，钨针的针尖尺寸为0.1μm。
进一步地，在衬底的旁边缓慢滴加去离子水包括如下步骤：
S31、取少量去离子水，用试管缓缓滴在衬底的旁边，使水渗进衬底底部直至衬底周围被水完全覆盖；
S32、若去离子水未蔓延至表面，在远处继续缓慢滴水；当水蔓延至衬底表面时，会有少量的样品漂浮。
进一步地，硅片尺寸为10mm×10mm。
本发明能够取得如下技术效果：
本发明采用碱金属卤化物做衬底与探针辅助技术相结合，解决了样品附带较难去除污染物的问题，利用碱金属卤化物溶于水的特点，滴水潮解后样品与衬底之间的吸附作用下降，使得样品更易被探针挑起；同时使用纳米级钨针，可以挑起较小尺度的样品且不易对样品造成破坏，实现对样品的无损转移。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的二维材料在不同衬底间的转移方法的流程示意图。
图2是根据本发明实施例提供的MoS2样品转移前在氯化钠衬底上选取一点测得的拉曼测试图。
图3是根据本发明实施例提供的MoS2样品转移前在氯化钠衬底上选取一点测得的pl测试图。
图4是根据本发明实施例提供的MoS2样品转移后在硅片衬底上选取同一位置测得的拉曼测试图。
图5是根据本发明实施例提供的MoS2样品转移后在硅片衬底上选取同一位置测得的pl测试图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
图1示出了根据本发明实施例提供的二维材料在不同衬底间的转移方法的流程。
本发明实施例提供的MoS2在不同衬底间的转移方法，包括如下步骤：
S1、使用氯化钠制作衬底。
衬底的尺寸为10mm×10mm。
S2、将机械剥离的原始MoS2样品粘附在衬底表面，将衬底放
置在光学显微操作台上，使用物镜选出目标MoS2样品。
光学显微操作台为手动操作台，x轴、y轴、z轴移动范围均为13mm，分辨率均为0.01mm。
其中，使用物镜选出目标MoS2样品包括如下步骤：
S21、在光学显微操作台分别使用4倍、20倍、40倍物镜观察并选出尺寸和厚度合适的目标MoS2样品；
S22、对目标MoS2样品进行拍照后用20倍物镜找到目标MoS2样品。
S3、将探针固定在光学显微操作台上并进行调节，在衬底的旁边缓慢滴加去离子水，使目标MoS2样品漂浮。
图2是MoS2样品转移前在氯化钠衬底上选取一点测得的拉曼测试图，图3是同一位置测得的pl测试图。
从图2和图3中可以看出，MoS2样品结晶良好且拥有较好的发光性能。
探针选用钨针，钨针的针尖尺寸为0.1μm。
使用纳米级钨针，可以挑起较小尺度的样品且不易对样品造成破坏，实现对样品的无损转移。
其中，在衬底的旁边缓慢滴加去离子水包括如下步骤：
S31、取少量去离子水，用试管缓缓滴在衬底的旁边，使水渗进衬底底部直至衬底周围被水完全覆盖；
S32、若去离子水未蔓延至表面，在远处继续缓慢滴水；当水蔓延至衬底表面时，会有少量的样品漂浮。
利用氯化钠溶于水的特点，滴水潮解后样品与衬底之间的吸附作用下降，使得样品更易被探针挑起。
S4、将探针伸到目标MoS2样品的底部，挑起目标MoS2样品。
S5、将使用氯化钠制作的衬底换为硅片，移动探针将目标MoS2样品置于硅片上，完成目标MoS2样品的初步转移。
硅片尺寸为10mm×10mm。
S6、对目标MoS2样品进行后续处理，完成目标MoS2样品的转移。
图4是MoS2样品转移后在硅片衬底上选取同一位置测得的拉曼测试图，图5是同一位置测得的pl测试图。
从图4和图5可以看出，使用氯化钠作为衬底转移MoS2样品，转移后的晶体结构和性能不变且晶体没有破损。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种二维材料在不同衬底间的转移方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、使用碱金属卤化物制作衬底；
S2、将机械剥离的原始二维材料样品粘附在所述衬底表面，将所述衬底放置在光学显微操作台上，使用物镜选出目标二维材料样品；
S3、将探针固定在所述光学显微操作台上并进行调节，在所述衬底的旁边缓慢滴加去离子水，使所述目标二维材料样品漂浮；
S4、将所述探针伸到所述目标二维材料样品的底部，挑起所述目标二维材料样品；
S5、将所述使用碱金属卤化物制作的衬底换为硅片，移动所述探针将所述目标二维材料样品置于所述硅片上，完成所述目标二维材料样品的初步转移；
S6、对目标二维材料样品进行后续处理，完成所述目标二维材料样品的转移。
2.根据权利要求1所述的二维材料在不同衬底间的转移方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述碱金属卤化物为氯化钠或氯化钾或溴化钾。
3.根据权利要求1所述的二维材料在不同衬底间的转移方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述衬底尺寸为10mm×10mm×1mm。
4.根据权利要求1所述的二维材料在不同衬底间的转移方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述光学显微操作台为手动操作台，x轴、y轴、z轴移动范围均为13mm，分辨率均为0.01mm。
5.根据权利要求1所述的二维材料在不同衬底间的转移方法，其特征在于，所述步骤S2中，使用物镜选出目标二维材料样品包括如下步骤：
S21、分别使用4倍、20倍、40倍物镜观察并选出尺寸和厚度合适的目标二维材料样品；
S22、对所述目标二维材料样品进行拍照后，用20倍物镜找到所述目标二维材料样品。
6.根据权利要求1所述的二维材料在不同衬底间的转移方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述探针选用钨针，所述钨针的针尖尺寸为0.1μm。
7.根据权利要求1所述的二维材料在不同衬底间的转移方法，其特征在于，所述步骤S3中，在所述衬底的旁边缓慢滴加去离子水包括如下步骤：
S31、取少量去离子水，用试管缓缓滴在所述衬底的旁边，使水渗进所述衬底底部直至所述衬底周围被水完全覆盖；
S32、若去离子水未蔓延至表面，在远处继续缓慢滴水；当水蔓延至所述衬底表面时，会有少量的样品漂浮。
8.根据权利要求1所述的二维材料在不同衬底间的转移方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述硅片尺寸为10mm×10mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20230505 |