[发明专利]一种晶圆级二维材料的洁净转移方法

说明书

本发明涉及一种晶圆级二维材料的洁净转移方法，属于二维材料转移技术领域。具体方法为：在铜层上旋涂制备聚合物薄膜，再利用电化学法分离出聚合物薄膜，随后采用铜箔/二维材料衬底将其捞取获得聚合物薄膜/二维材料/铜箔，刻蚀法去除铜箔后以目标衬底捞取获得聚合物薄膜/二维材料/目标衬底，最后采用硅胶膜物理粘附去除聚合物薄膜获得二维材料/目标衬底，从而实现二维材料的洁净转移。该方法采用含大侧基官能团的丙烯酸酯类聚合物作转移介质，通过预制聚合物薄膜并结合硅胶膜物理去除聚合物薄膜，削弱了聚合物薄膜与二维材料间的相互作用力，避免了聚合物在二维材料表面的残留，转移的二维材料具有表面干净、均匀完整、聚合物残留少的特点。

技术领域

本发明属于二维材料转移技术领域，涉及一种晶圆级二维材料的洁净转移方法。

背景技术

石墨烯、氮化硼等二维材料因其具有优异的电学和光学性质，在高端电子和光电子器件等领域有着广阔的应用前景。目前，大多采用化学气相沉积法(chemical vapordeposition,CVD)在金属衬底上制备二维薄膜材料，制备的材料具有质量高、大面积、层数可控等优点。为实现其后续的功能应用，通常需要将金属衬底上的二维薄膜材料转移至目标功能衬底上。然而，大面积二维薄膜材料在转移过程中会不可避免地产生破损、褶皱和污染等问题，严重影响其转移后的性质。因此，如何实现二维材料大面积无损、洁净转移仍是二维材料应用领域的研究技术的瓶颈，亟待解决。

现有技术中主流的转移方法为液相刻蚀法，该方法中用于转移二维材料的介质包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、热释放胶带(TRT)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、松香(Rosin)、石蜡、萘、樟脑、聚碳酸酯(PC)等高分子物质。其中，多以PMMA为转移介质。但是，由于这些高分子物质与二维材料间的相互作用较强且不易在溶剂中溶解，导致转移后的二维材料易破损且表面残留大量的高分子物质，不仅降低了二维材料的光电性能，还极大地增加了其表面粗糙度，例如PMMA转移后单层石墨烯的表面粗糙度可达数百纳米。因此，为了适应二维材料光电器件的产业化发展，亟需对二维材料在转移环节遇到的问题进行进一步深入，以实现晶圆级尺寸二维材料的无破损和无沾污转移。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种晶圆级二维材料的洁净转移方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种晶圆级二维材料的洁净转移方法，所述方法包括如下步骤：

S1:在平整的无机衬底表面镀铜，形成厚度为100～300nm的铜层；

S2：将聚合物溶液旋涂在步骤S1中所述铜层上，然后于60～120℃下干燥10～50min，在所述铜层上形成聚合物薄膜，获得无机衬底/铜层/聚合物薄膜；所述聚合物溶液中的聚合物为聚丙烯酸降冰片酯或聚丙烯酸叔丁醇酯中的任意一种；

S3：采用电化学法分离步骤S2中所述无机衬底/铜层/聚合物薄膜，获得混合物，所述混合物中厚度为20～80nm的聚合物薄膜漂浮于水面；

S4：将铜箔/二维材料衬底加入到步骤S3中所述混合物中捞取所述聚合物薄膜，取出后干燥获得聚合物薄膜/二维材料/铜箔；

S5：在步骤S4中所述聚合物薄膜/二维材料/铜箔中铜箔的表面用刻蚀法将铜箔刻蚀除去，经去离子水漂洗获得聚合物薄膜/二维材料的水溶液；

S6：将目标衬底加入到步骤S5中所述聚合物薄膜/二维材料的水溶液中捞取所述聚合物薄膜/二维材料，取出干燥后获得聚合物薄膜/二维材料/目标衬底；

S7：将硅胶膜粘附在步骤S6中所述聚合物薄膜/二维材料/目标衬底中聚合物薄膜的表面，然后于0.2～1.5Mpa下脱泡获得硅胶膜/聚合物薄膜/二维材料/目标衬底；

S8：揭去步骤S7中所述硅胶膜/聚合物薄膜/二维材料/目标衬底中硅胶膜/聚合物薄膜即可获得二维材料/目标衬底。