JP2019129310A - パターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法 - Google Patents

パターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】パターン化した二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法を提供する。【解決手段】第一基板１０を形成し、第一基板の表面は第一パターン化の表面１６及び第二パターン化の表面１０１を含む第一ステップは酸化物或いは窒化物であり、第一基板の表面に、単層の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料は第一パターン化の表面及び第二パターン化の表面を被覆１２する第二ステップと、酸素を有する雰囲気で、単層の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料が形成された第一基板１０をアニーリングして、アニール温度を制御して、第二パターン化の表面を被覆する単層の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料のみを酸化して除去し、第一パターン化の表面を被覆する単層の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料はパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料１２Ａを形成する第三ステップと、を含む。【選択図】図２２

Description

本発明は、パターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法に関する。
二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料は、良好な半導体特性を有し、電子デバイスに広く使用されている。二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料は、 例えば、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、二硫化タングステン（ＷＳ２）、二セレン化モリブデン（ＭｏＳｅ２）、二セレン化タングステン（ＷＳｅ２）、二珪化モリブデン（ＭｏＴｅ２）または二酸化タングステン（ＷＴｅ２）である。
二硫化モリブデンを例にすると、一般に、パターン化された二硫化モリブデン層は、フォトリソグラフィー法によって製造できる。しかしながら、このフォトリソグラフィー法は特殊なリソグラフィ装置及びマスクを必要とする。さらに、フォトリソグラフィー法によってパターン化された二硫化モリブデン層を形成した後に、パターン化された二硫化モリブデン層を露出させるために、マスクを除去する必要がある。したがって、プロセスが複雑であり、コストが高い。
本発明の目的は、前記課題を解決するためのマスクを除去せず、パターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料を直接形成できるパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法を提供することである。
本発明のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法は第一基板を形成し、第一基板の表面は第一パターン化の表面及び第二パターン化の表面を含む第一ステップであり、第一パターン化の表面の材料は酸化物或いは窒化物であり、第二パターン化の表面の材料はマイカである第一ステップと、第一基板の表面に単層の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料を形成し、且つ単層の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料は第一パターン化の表面及び第二パターン化の表面を被覆する第二ステップと、酸素を有する雰囲気で、単層の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料が形成された第一基板をアニーリングして、アニール温度を制御して、第二パターン化の表面を被覆する単層の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料のみを酸化して除去し、第一パターン化の表面を被覆する単層の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料はパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料を形成する第三ステップと、を含む。
本発明のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法において、第一基板の形成方法は、第二基板を提供する第一サブステップであり、第二基板は第三表面を有し、第二基板の材料は酸化物或いは窒化物である第一サブステップと、第三表面にパターン化のマイカ層を形成し、第三表面の一部を被覆させて、ほかの前記第三表面の部分を露出させて、露出された前記第三表面は第一パターン化の表面を形成し、パターン化のマイカ層は第二パターン化の表面を形成する第二サブステップと、を含む。
本発明のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法には第二基板はシリカ基板を有するシリコン、サファイア基板、石英基板或いはガラス基板である。
従来の技術に比べて、本発明のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法は以下の優れる点がある。パターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法は、基板の成分の分布を調節することによって、二次元遷移金属カルコゲナイド化合物を直接アニーリングして、所望のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料を得ることができ、製造方法がより簡単でより便利である。さらに、この方法は、フォトレジストと二次元材料との直接的な接触を回避し、残留接着剤が二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料を汚染することを低減し、より純粋なパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドを得ることができる。
アニール温度を上昇することに伴って、シリカ基板における単層二硫化モリブデンおよび二層の二硫化モリブデンのエッチングされる程度を示す図である。 シリカ基板における二硫化モリブデンが２９０℃でアニーリングされる前後の光学写真である。 図２の区域１における二硫化モリブデンの原子間力顕微鏡トポグラフィである。 図２の区域２における二硫化モリブデンの原子間力顕微鏡トポグラフィである。 アニール温度を上昇することに伴って、サファイア基板における単層二硫化モリブデンおよび二層の二硫化モリブデンのエッチングされる程度を示す図である。 サファイア基板における二硫化モリブデンが２９０℃でアニーリングされた後の原子間力顕微鏡のトポグラフィである。 石英基板における単層の二硫化モリブデンが２９０℃でアニーリングされる前の光学写真である。 石英基板における単層の二硫化モリブデンが２９０℃でアニーリングされた後の光学写真である。 アニール温度を上昇することに伴って、マイカ基板における単層二硫化モリブデンおよび二層の二硫化モリブデンのエッチングされる程度を示す図である。 マイカ基板における二硫化モリブデンが２５０℃でアニーリングされた後の原子間力顕微鏡のトポグラフィである。 異なる基板における二硫化モリブデンがアニーリングされる前のラマン分光である。 異なる基板における二硫化モリブデンがアニーリングされる前のフォトルミネセンス分光である。 シリカ基板の表面に設置される二硫化モリブデンが２９０℃でアニーリングされる前後のラマン分光である。 シリ基板カの表面に設置される二硫化モリブデンが２９０℃でアニーリングされる前後のフォトルミネセンス分光である。 １０ｋＰａでアニーリングされるシリカ基板の表面における二硫化モリブデンの原子間力顕微鏡のトポグラフィである。 １０ｋＰａでアニーリングされるマイカ基板の表面における二硫化モリブデンの原子間力顕微鏡のトポグラフィである。 ３０ｍＴｏｒｒの低真空でアニーリングされるときのシリカ表面における二硫化モリブデンの熱安定性試験の結果を示す図である。 ３０ｍＴｏｒｒの低真空で、３５０℃でアニーリングされる前のシリカ表面における二硫化モリブデンの原子間力顕微鏡のトポグラフィである。 ３０ｍＴｏｒｒの低真空で、３５０℃でアニーリングされた後のシリカ表面における二硫化モリブデンの原子間力顕微鏡のトポグラフィである。 本発明の実施例１におけるパターン化の単層の二硫化モリブデンの製造方法のフローチャートである。 本発明の実施例２におけるパターン化の単層の二硫化モリブデンの製造方法のフローチャートである。 本発明の実施例３におけるパターン化の単層の二硫化モリブデンの製造方法のフローチャートである。 本発明の実施例４におけるパターン化の単層の二硫化モリブデンの製造方法のフローチャートである。 本発明の実施例５におけるパターン化の単層の二硫化モリブデンの製造方法のフローチャートである。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
本発明者は、異なる基板が、二硫化モリブデンなどの二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の熱安定性に異なる効果を有することを見出す。
本発明では、二硫化モリブデンをシリカ（ＳｉＯ２）基板、サファイア（Ａｌ２０３）基板、石英基板、マイカ基板にそれぞれに移し、常圧（１ａｔｍ）で大気中でアニーリングして且つ酸化エッチングする。各基板における二硫化モリブデンの層数は、１層、２層、３層または４層であり、図にはそれぞれ１Ｌ、２Ｌ、３Ｌ、４Ｌで表される。アニーリングは、２０℃/分間の昇温速度で管状炉中で行う。 アニール温度は２４０℃〜３５０℃である。
図１では、アニール温度を上昇することに伴って、シリカ基板における単層二硫化モリブデンおよび二層の二硫化モリブデンのエッチングされる程度を示す。縦座標はエッチングによって形成された三角形開口のサイズである。図１を参照すると、常圧では、アニール温度が２７０℃以下である際、シリカ基板における単層の二硫化モリブデンは基本的に酸化エッチングされず、アニール温度が２７０℃より大きい際、シリカ基板における単層の二硫化モリブデンは徐々に酸化エッチングされ、アニール温度が３２０℃より大きい際、シリカ基板における単層の二硫化モリブデンは完全に酸化エッチングされる。アニール温度が２７０℃以下である際、シリカ基板における二層の二硫化モリブデンは基本的に酸化エッチングされず、アニール温度が２７０℃より大きい際、シリカ基板における二層の二硫化モリブデンは徐々に酸化エッチングされ、アニール温度が３２０℃より大きい際、シリカ基板における二層の二硫化モリブデンは完全に酸化エッチングされる。アニール温度が２７０℃より大きい際、二層の二硫化モリブデンの酸化エッチング速度は、単層の二硫化モリブデンの酸化エッチング速度よりも著しく速い。図２は、シリカ基板における二硫化モリブデンが２９０℃でアニーリングされる前後の光学写真である。図３〜図４には、図２の区域１及び区域２における二硫化モリブデンの原子間力顕微鏡トポグラフィがそれぞれ示される。その中、左側の図は右側の図のボックス内の領域の拡大図である。図２〜図４から分かるように、多層の二硫化モリブデンは、特定の熱処理温度および圧力で単層の二硫化モリブデンに熱エッチングされる。これにより、パラメータを精密に調整することによって、この方法は単層の二硫化モリブデンを製造するための良い手段である。さらに、図４は前記の観点を実証し、この実験条件では、単層の二硫化モリブデンがエッチングせず、多層の二硫化モリブデンが既に三角エッチピットを有する。これにより、シリカ基板において、単層の二硫化モリブデンは多層の二硫化モリブデンより安定である。
図５では、アニール温度を上昇することに伴って、サファイア基板における単層二硫化モリブデンおよび二層の二硫化モリブデンのエッチングされる程度を示す。常圧では、アニール温度が２９０℃以下である際、サファイア基板における単層の二硫化モリブデンは基本的に酸化エッチングされず、アニール温度が２９０℃より大きい際、サファイア基板における単層の二硫化モリブデンは徐々に酸化エッチングされ、アニール温度が３００℃より大きい際、サファイア基板における単層の二硫化モリブデンは完全に酸化エッチングされる。アニール温度が２７０℃以下である際、サファイア基板における二層の二硫化モリブデンは基本的に酸化エッチングされず、アニール温度が２７０℃より大きい際、サファイア基板における二層の二硫化モリブデンは徐々に酸化エッチングされ、アニール温度が３５０℃より大きい際、サファイア基板における二層の二硫化モリブデンは完全に酸化エッチングされる。図６は、サファイア基板における二硫化モリブデンが２９０℃でアニーリングされた後の原子間力顕微鏡のトポグラフィである。図６から分かるように、二層の二硫化モリブデンおよび四層の二硫化モリブデンがこの温度でエッチングされ、単層の二硫化モリブデンのみが安定したままである。これは、サファイア基板における単層の二硫化モリブデン及び多層の二硫化モリブデンの安定性が、シリカ基板における単層の二硫化モリブデン及び多層の二硫化モリブデンの安定性と同様であることを示す。すなわち、この結論はより多くの基板に拡張することができる。
図７〜図８は、石英基板における単層の二硫化モリブデンが２９０℃でアニーリングされる前後の光学写真である。図７〜図８から分かるように、石英基板における二硫化モリブデンはが２９０℃でアニーリングされる前後で、単層の二硫化モリブデンは変化がなく、多層の二硫化モリブデン領域に細いチャネルが形成される。すなわち、石英基板における二硫化モリブデンのエッチング結果は、サファイアおよびシリカ基板における二硫化モリブデンのエッチング結果と一致する。これは、等方性基板であるか異方性基板であるかにかかわらず、多層の二硫化モリブデンより単層の二硫化モリブデンは安定であることを示す。
図９では、アニール温度を上昇することに伴って、マイカ基板における単層二硫化モリブデンおよび二層の二硫化モリブデンのエッチングされる程度を示す。図９を参照すると、アニール温度が２５０℃より大きい際、マイカ基板における単層の二硫化モリブデンは基本的に完全に酸化エッチングされる。アニール温度が２７０℃以下である際、マイカ基板における二層の二硫化モリブデンは基本的に酸化エッチングされず、アニール温度が２７０℃より大きい際、マイカ基板における二層の二硫化モリブデンは徐々に酸化エッチングされ、アニール温度が３２０℃より大きい際、マイカ基板における二層の二硫化モリブデンは完全に酸化エッチングされる。図１０は、マイカ基板上の二硫化モリブデンが２５０℃でアニーリングされた後の原子間力顕微鏡のトポグラフィである。図１０から分るように、アニール温度が２５０℃である際、マイカ基板における単層の二硫化モリブデンの半分以上がエッチングされ、エッチングされていない部分も分散される複数の三角形のものになる。エッチング時間が長くなる限りエッチングされていない部分も完全にエッチングされることができる。この際、多層の二硫化モリブデンは無傷のままである。この現象は、前記記載された全ての基板の現象とは全く反対である。これにより、この完全に反対の性質を利用して、基板の組成を調整することによってパターニング化の二次元材料を形成できる。
二層の二硫化モリブデンは、一つの単層の二硫化モリブデンが設置された基板にもう一つの単層の二硫化モリブデンを設置することに相当することが理解できる。図１および図５では単層の二硫化モリブデンおよび二層の二硫化モリブデンの安定性の比較から、シリカ基板およびサファイア基板は実際にそれと接触している単層の二硫化モリブデン層の熱安定性を増加させることが分かる。図９の単層の二硫化モリブデンと二層の二硫化モリブデンの安定性の比較から、マイカ基板は実際にそれと接触している単層の二硫化モリブデンの熱安定性を低下させることが分かる。図１、図５および図９の二層の二硫化モリブデンの安定性の比較から、異なる基板は二層の二硫化モリブデンの安定性に特に顕著な影響を及ぼさないことが分かる。
異なる基板が二硫化モリブデンの熱安定性に及ぼす影響を調べるために、本発明は二硫化モリブデンのラマン分光およびフォトルミネセンス分光をテストする。図１１は、異なる基板における二硫化モリブデンがアニーリングされる前のラマン分光である。図１２は、異なる基板における二硫化モリブデンがアニーリングされる前のフォトルミネセンス分光である。図１３は、シリカ基板の表面に設置される二硫化モリブデンが２９０℃でアニーリングされる前後のラマン分光である。図１４は、シリ基板カの表面に設置される二硫化モリブデンが２９０℃でアニーリングされる前後のフォトルミネセンス分光である。図１１〜図１４から分るようにアニールの前後で、二硫化モリブデンの結晶性はほとんど変化しないが、アニールプロセスでは二硫化モリブデンに欠陥を導入している。
異なる圧力および層数が二硫化モリブデンの熱安定性に及ぼす影響を研究するために、本発明はさらに、１０ｋＰａの低圧力および３０ｍＴｏｒｒの低真空での単層、二層および三層の二硫化モリブデンの熱安定性をテストする。
図１５は、１０ｋＰａの空気で、３００℃でアニーリングされるシリカ基板の表面における二硫化モリブデンの原子間力顕微鏡のトポグラフィである。図１５から分かるように、３００℃でアニーリングされた後に、単層の二硫化モリブデンは変化しないが、多層の二硫化モリブデンはエッチングされ始める。エッチング挙動の発生によりＭｏＯ３粒子が残るため、三角形の孔が形成されないが、明らかに、多層二硫化モリブデンはエッチングされる。圧力が低下することに伴って、シリカ基板の表面における単層の二硫化モリブデンの安定性が増大し、エッチング温度が上昇する。１０ｋＰａの空気で、シリカ基板の表面における単層の二硫化モリブデンがエッチングされ始める温度は３００℃である。
図１６は、１０ｋＰａの空気で、２７０℃でアニーリングされるマイカ基板の表面における二硫化モリブデンの原子間力顕微鏡のトポグラフィである。図１６から分かるように、２７０℃でアニーリングされた後に、単層の二硫化モリブデンは明らかにアニーリングされるが、多層の二硫化モリブデンは変化しない。圧力が低下することに伴って、マイカ基板の表面における単層の二硫化モリブデンの安定性が増大し、エッチング温度が上昇する。１０ｋＰａの空気で、マイカ基板の表面における単層の二硫化モリブデンがエッチングされ始める温度は２７０℃である。
図１７では、３０ｍＴｏｒｒの低真空でアニーリングされるときのシリカ表面における二硫化モリブデンの熱安定性試験の結果を示す。図１７から分かるように、低真空で単層の二硫化モリブデンをアニーリングし、アニール温度が３５０℃以下である際、単層の二硫化モリブデンが基本的に酸化エッチングされず、アニール温度が３５０℃より大きい際、単層の二硫化モリブデンが徐々に酸化されエッチングされ、アニール温度が６００℃である際、わずかな部分のみが酸化エッチングされる。図１７から分かるように、低真空で二硫化モリブデンをアニーリングする際、層数の増加につれて、二硫化モリブデンの熱安定性が著しく低下する。アニール温度が２００℃より大きい際、３層の二硫化モリブデンが徐々に酸化エッチングされ始め、アニール温度が３５０℃より大きい際、二硫化モリブデンが酸化エッチングされる速度は著しく加速される。図１７と図１の比較から分かるように、低真空で単層の二硫化モリブデンの熱安定性は、常圧のものよりに高い。図１８及び図１９は、３０ｍＴｏｒｒの低真空で、３５０℃でアニーリングされる前後のシリカ表面における二硫化モリブデンの原子間力顕微鏡のトポグラフィである。図１８〜図１９から分かるように、アニール温度が３５０℃である際、単層の二硫化モリブデンは基本的にエッチングされず、多層の二硫化モリブデンは著しく酸化エッチングされる。本発明者らは、特定の基板における単層の二硫化モリブデンまたは多層の二硫化モリブデンの安定性は、二硫化モリブデンと基板との界面における作用力および二硫化モリブデン層間の作用力が導入されるエネルギー障壁の間の競争に起因することと考えている。すなわち、基板のいくつかの原子の分極は、二硫化モリブデンと基板との間の結合力をより強くし、隣接する二つの二硫化モリブデンの間隔よりも基板と二硫化モリブデンとの間の間隔を小さくし、酸素は基板と二硫化モリブデンとの間に入らない。これにより、熱処理条件で単層の二硫化モリブデンはより安定である。
さらに、構造的な観点から、我々が研究している二次元材料は遷移金属カルコゲニドに属する。遷移金属カルコゲニドの構造と化学結合は類似しているので、示された熱力学的挙動も一致していると考える。これにより、異なる基板が二硫化モリブデンの熱安定性を調節できることは、他の二次遷移金属カルコゲナイドにも適用することと考えられる。二次元遷移金属カルコゲナイドは、例えば、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、二セレン化モリブデン、二セレン化タングステン、二塩化モリブデン、二タングステンである。
本発明は、異なる基板における単層の金属カルコゲナイド化合物の二次元ナノ材料の熱安定性の差を利用し、パターン化された単層の金属カルコゲナイド化合物の二次元ナノ材料の製造方法を提供する。この方法は、基板における異なる成分の分布を選択することにより、単層の金属カルコゲニド化合物の二次元ナノ材料を基板に被覆し、次いで、アニール温度およびガス圧力を制御することによって選択的に単層の金属カルコゲニド化合物の二次元ナノ材料を除去する。以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図２０を参照すると、本実施例１はパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法を提供する。パターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法は以下のステップを含む。
Ｓ１０、サファイア基板１０の表面にパターン化のマイカ層１１を形成して、サファイア基板１０の表面の一部を露出させる。
Ｓ１１、サファイア基板１０の表面には、パターン化のマイカ層１１を覆うように単層の二硫化モリブデン１２を設置し、単層の二硫化モリブデン１２の一部をパターン化のマイカ層１１の表面に設置し、ほかの単層の二硫化モリブデン１２の部分をサファイア基板１０の露出面に設置する。
Ｓ１２、空気に大気圧下でアニール温度２５０℃〜２９０℃でアニールを行い、パターン化のマイカ層１１の表面に設置された単層の二硫化モリブデン１２を酸化して除去し、サファイア基板１０の露出面に設置された単層の二硫化モリブデン１２は、パターン化の二硫化モリブデン１２Ａを形成する。
ステップ(Ｓ１０)において、パターン化のマイカ層１１の製造方法は制限されず、スクリーン印刷、印刷、ネスティング、フォトリソグラフィーなどの一連の処理方法であってもよく、要求される精度に応じて自由に選択することができる。本実施例では、フォトリソグラフィーによってサファイア基板１０の表面に間隔をあける五つのマイカストリップを形成する。各マイカストリップの厚さは、５ｎｍ〜５００ｎｍである。マイカストリップの厚さが大きすぎると、二つのマイカストリップの間における単層の二硫化モリブデン１２が懸架され、サファイア基板１０の露出面に接触することができない。マイカストリップの厚さが薄すぎると、マイカストリップの厚さを制御することは困難である。サファイア基板１０を他の金属酸化物基板または無機非金属酸化物基板に置き換えることもできる。サファイア基板１０は、例えば、シリカ層を有するシリコンシートまたは石英シートであってもよい。
ステップ(Ｓ１１)において、サファイア基板１０の表面に単層の二硫化モリブデン１２を設置する方法は、気相蒸着法、機械的剥離法、転写法などであってもよい。本実施例では、テープ剥離法により単層の二硫化モリブデン１２を得た後、単層の二硫化モリブデン１２をサファイア基板１０の表面に転写する。単層の二硫化モリブデン１２は、ナノメートルの厚さを有する。単層の二硫化モリブデン１２は、パターニング化のマイカ層１１のサファイア基板１０と離れる表面およびサファイア基板１０の露出面にそれぞれ接触している。サファイア基板１０の露出面はパターン化のマイカ層１１が被覆されないサファイア基板１０の表面である。
ステップ(Ｓ１２)において、アニーリングは管状炉で行われる。具体的には、先ず管状炉を真空にして水蒸気を除去した後、管状炉に乾燥空気を導入して管状炉の内圧を大気圧とし、最後に１０℃/分間〜３０℃/分間の速度で管炉をアニール温度まで加熱し、１０分間〜６０分間を維持した後に自然冷却する。本実施例では、加熱速度は２０℃/分間であり、アニール温度は２７０℃であり、アニール時間は１５分間である。
アニール温度の選択は、アニール時の圧力および酸素含有雰囲気中の酸素含量に強く関係する。空気の場合、アニール時の圧力が低いほど、単層の二硫化モリブデン１２の安定性が高く、アニール温度を高くすることができ、逆もまた同様である。酸素含有量が低いほど、単層の二硫化モリブデン１２の安定性が高く、アニール温度を高くすることができ、逆もまた同様である。さらに、異なる基板１０は単層の二硫化モリブデン１２の熱安定性に対する影響も異なり、異なる基板１０の使用もアニール温度の選択に影響を及ぼす。
この方法で形成したパターン化の単層二硫化モリブデン１２Ａは、直接外部に露出させて直接加工することができ、あるいは電極など他の部品をその上に製造することができる。
本実施例１に提供するパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法は、ステップ(Ｓ１２)の後に、パターン化のマイカ層１１を除去するステップをさらに含むことができる。パターン化のマイカ層１１は、超音波またはテープ接着など方法によって除去することができる。
本実施例１に提供するパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法は、ステップ(Ｓ１２)の後に、パターン化の単層の二硫化モリブデン１２Ａを他の基板の表面に転写するステップをさらに含むことができる。例えば、パターン化の単層の二硫化モリブデン１２Ａは、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）によって転写することができる。
（実施例２）
図２１を参照すると、本実施例２はパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法を提供する。パターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法は以下のステップを含む。
Ｓ２０、マイカ基板１３の表面にパターン化のシリカ層１４を形成して、マイカ基板１３の表面の一部を露出させる。
Ｓ２１、マイカ基板１３の表面には、パターン化のシリカ層１４を覆うように単層の二硫化モリブデン１２を設置し、単層の二硫化モリブデン１２の一部をパターン化のシリカ層１４の表面に設置し、ほかの単層の二硫化モリブデン１２の部分をマイカ基板１３の露出面に設置する。
Ｓ２２、空気に大気圧下でアニール温度２５０℃〜２７０℃でアニールを行い、マイカ基板１３の露出面に設置された単層の二硫化モリブデン１２を酸化して除去し、パターン化のシリカ層１４の表面に設置された単層の二硫化モリブデン１２は、パターン化の単層の二硫化モリブデン１２Ａを形成する。
実施例２のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法は実施例１のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法と基本的に同じであるが、異なる点は以下である。実施例２において、マイカ基板１３を基板とし、マイカ基板１３にパターン化のシリカ層１４を形成する。
ステップ（Ｓ２０)において、パターン化のシリカ層１４の製造方法は制限されず、シリカ層１４をマグネトロンスパッタリングした後に、フォトリソグラフィーすることによってパターン化のシリカ層１４を得られてもよいし、マスクによってシリカ層１４を直接マグネトロンスパッタリングし、パターン化のシリカ層１４を得られてもよい。本実施例において、まず、マイカ基板１３の表面に複数の平行し且つ間隔をあけるカーボンナノチューブワイヤを設置した後、スパッタリング方法によって、複数のカーボンナノチューブワイヤを覆うように連続なシリカ層を形成する。その後、複数のカーボンナノチューブワイヤ及び複数カーボンナノチューブワイヤの表面を覆う二酸化ケイ素を除去してパターン化のシリカ層１４を得る。
本実施例２におけるステップ（Ｓ２１)における単層の二硫化モリブデン１２を設置する方法は、実施例１におけるステップ（Ｓ１１)における単層の二硫化モリブデン１２を設置する方法と同じである。本実施例２におけるステップ（Ｓ２２)における空気に大気圧下でアニールを行う方法は、本実施例１におけるステップ（Ｓ１２)における空気に大気圧下でアニールを行う方法と基本的に同じであるが、異なる点は、本実施例２におけるアニール温度は２６０℃であり、アニール時間は１５分間〜６０分である。
（実施例３）
図２２を参照すると、本実施例３はパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法を提供する。パターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法は以下のステップを含む。
Ｓ３０、サファイア基板１０の表面にマスク１６を形成して、マスク１６によってサファイア基板１０をエッチングして、複数の凹溝１０１を形成する。
Ｓ３１、サファイア基板１０の表面には連続なマイカ層１１Ａを設置し、連続なマイカ層１１Ａはサファイア基板１０及びマスク１６を被覆する。
Ｓ３２、マスク１６及びマスク１６の表面におけるマイカを除去し、パターン化のマイカ層１１を得て、且つサファイア基板１０の表面の一部を露出させる。
Ｓ３３、サファイア基板１０の表面に単層の二硫化モリブデン１２を設置し、単層の二硫化モリブデン１２の一部をパターン化のマイカ層１１の表面に設置し、ほかの単層の二硫化モリブデン１２の部分をサファイア基板１０の露出面に設置する。
Ｓ３４、空気に大気圧下でアニール温度２５０℃〜２９０℃でアニールを行い、パターン化のマイカ層１１の表面に設置された単層の二硫化モリブデン１２を酸化して除去し、サファイア基板１０の露出面に設置された単層の二硫化モリブデン１２は、パターン化の二硫化モリブデン１２Ａを形成する。
実施例３のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法は実施例１のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法と基本的に同じであるが、異なる点は以下である。パターン化のマイカ層１１を形成する前に、サファイア基板１０の表面に複数の凹溝１０１を形成し、凹溝１０１にパターン化のマイカ層１１を直接形成する。
好ましくは、パターン化のマイカ層１１の厚さは凹溝１０１の深さと同じである。すなわち、パターン化のマイカ層１１のサファイア基板１０と離れる表面はサファイア基板１０の表面と共面である。これにより、単層の二硫化モリブデン１２をパターン化のマイカ層１１の表面及びサファイア基板１０の表面により十分に接触させることができる。
ステップ(Ｓ３０)において、マスク１６は、転写またはフォトリソグラフィーによって形成できる。本実施例において、マスク１６は、自立構造を有するカーボンナノチューブフィルムと、カーボンナノチューブフィルムにおける各カーボンナノチューブ表面を覆う保護層と、を含む。保護層の材料は、金属酸化物、無機非金属酸化物、金属窒化物または無機非金属窒化物であってもよい。マスク１６は、サファイア基板１０の表面に直接設置される。サファイア基板１０をエッチングする方法はプラズマドライエッチング法である。
ステップ(Ｓ３１)において、連続なマイカ層１１Ａは、電子ビーム蒸着法、スピンコート法、または転写法により製造することができる。ステップ(Ｓ３２)において、カーボンナノチューブフィルムマスクが自立構造を有する完全な薄膜構造であるため、カーボンナノチューブフィルムを直接剥がして除去できるので、カーボンナノチューブフィルムマスクが剥離する同時にマスク１６表面のマイカ層も剥離して除去できる。マスク１６は、溶解または超音波のような方法によって除去することもできる。
（実施例４）
図２３を参照すると、本実施例４はパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法を提供する。パターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法は以下のステップを含む。
Ｓ４０、金属シート１５の表面に連続なマイカ層１１Ａを設置する。
Ｓ４１、連続なマイカ層１１Ａにマスク１６を設置し、マスク１６によって連続なマイカ層１１Ａをエッチングして、パターン化のマイカ層１１を形成する。
Ｓ４２、金属シート１５の表面に連続なシリカ層１４Ａを堆積し、連続なシリカ層１４Ａは金属シート１５、パターン化のマイカ層１１及びマスク１６を被覆する。
Ｓ４３、マスク１６及びマスク１６の表面におけるシリカ層を除去し、パターン化のシリカ層１４を形成する。
Ｓ４４、金属シート１５の表面に単層の二硫化モリブデン１２を設置し、単層の二硫化モリブデン１２はパターン化のマイカ層１１及びパターン化のシリカ層１４を被覆し、単層の二硫化モリブデン１２の一部をパターン化のマイカ層１１の表面に設置し、ほかの単層の二硫化モリブデン１２の部分をパターン化のシリカ層１４の表面に設置する。
Ｓ４５、空気に大気圧下でアニール温度２５０℃〜２７０℃でアニールを行い、パターン化のマイカ層１１の表面に設置された単層の二硫化モリブデン１２を酸化して除去し、パターン化のシリカ層１４の表面に設置された単層の二硫化モリブデン１２は、パターン化の単層の二硫化モリブデン１２Ａを形成する。
実施例４のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法は実施例３のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法と基本的に同じであるが、異なる点は以下である。金属シート１５の表面にパターン化のマイカ層１１及びパターン化のシリカ層１４を形成する。この方法は、酸化物または窒化物以外の基板にパターン化の単層の二硫化モリブデン１２Ａを製造できる。基板が単層の二硫化モリブデンの熱安定性を増加させること及び低下させることはない。
（実施例５）
図２４を参照すると、本実施例５はパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法を提供する。パターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法は以下のステップを含む。
Ｓ５０、シリカを成長する複数のシリコンシート及び複数のマイカシートを間隔をあけて、パターン化のシリコンシート１７及びパターン化のマイカ層１１からなる基板を形成する。
Ｓ５１、パターン化のシリコンシート１７とパターン化のマイカ層１１の表面に、パターン化のシリコンシート１７とパターン化のマイカ層１１を覆うように単層の二硫化モリブデン１２を設置し、単層の二硫化モリブデン１２の一部をパターン化のマイカ層１１の表面に設置し、ほかの単層の二硫化モリブデン１２の部分をパターン化のシリコンシート１７の表面に設置する。
Ｓ５２、空気に１０ＫＰａでアニール温度２９０℃でアニールを行い、パターン化のマイカ層１１の表面に設置された単層の二硫化モリブデン１２を酸化して除去し、パターン化のシリコンシート１７の表面に設置された単層の二硫化モリブデン１２は、パターン化の二硫化モリブデン１２Ａを形成する。
実施例５のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法は、実施例１のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法と基本的に同じであるが、異なる点は以下である。シリカを成長する複数のシリコンシート及び複数のマイカシートを間隔をあけて、パターン化のシリコンシート１７及びパターン化のマイカ層１１からなる基板を形成する。この方法によって、異なる基板は容易に接合して、異なるパターンを有する基板を形成することができる。
本発明により提供されるパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法は、基板の成分の分布を調節することによって、二次元遷移金属カルコゲナイド化合物を直接アニーリングして、所望のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料得ることができ、製造方法がより簡単でより便利である。さらに、この方法は、フォトレジストと二次元材料との直接的な接触を回避し、残留接着剤が二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料を汚染することを低減し、より純粋なパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドを得ることができる。
１０ サファイア基板
１１ パターン化のマイカ層
１１Ａ 連続なマイカ層
１２ 単層の二硫化モリブデン
１２Ａ パターン化の単層の二硫化モリブデン
１３ マイカ基板
１４ パターン化のシリカ層
１４Ａ 連続なシリカ層
１５ 金属シート
１６ マスク
１７ パターン化のシリコンシート

Claims (3)

  1. 第一基板を形成し、前記第一基板の表面は第一パターン化の表面及び第二パターン化の表面を含む第一ステップであり、第一パターン化の表面の材料は酸化物或いは窒化物であり、第二パターン化の表面の材料はマイカである第一ステップと、
    前記第一基板の表面に単層の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料を形成し、且つ前記単層の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料は前記第一パターン化の表面及び前記第二パターン化の表面を被覆する第二ステップと、
    酸素を有する雰囲気で、単層の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料が形成された第一基板をアニーリングして、アニール温度を制御して、前記第二パターン化の表面を被覆する前記単層の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料のみを酸化して除去し、前記第一パターン化の表面を被覆する単層の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料はパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料を形成する第三ステップと、
    を含むことを特徴とするパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法。
  2. 前記パターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法において、第一基板の形成方法は、
    第二基板を提供する第一サブステップであり、前記第二基板は第三表面を有し、前記第二基板の材料は酸化物或いは窒化物である第一サブステップと、
    前記第三表面にパターン化のマイカ層を形成し、前記第三表面の一部を被覆させて、ほかの前記第三表面の部分を露出させて、露出された前記第三表面の前記第一パターン化の表面を形成し、パターン化のマイカ層は第二パターン化の表面を形成する第二サブステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法。
  3. 前記第二基板はシリカ基板を有するシリコン、サファイア基板、石英基板或いはガラス基板であることを特徴とする請求項２に記載のパターン化の二次元遷移金属カルコゲナイドナノ材料の製造方法。
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