一种乐高式范德华异质结及其制备方法

本发明属于微纳结构及材料加工，具体涉及一种乐高式范德华异质结及其制备方法。

背景技术：

1、硅基半导体材料在极限尺寸下由于量子限域效应使得电学性能显著衰退，研究新材料是后摩尔时代的机遇与挑战。石墨烯和过渡金属硫化物等二维范德华材料，可以堆叠范德华异质结而不需要考虑晶格匹配，可以用于各类电子器件的制备。而目前的文献报道，干法转移制备异质结的方法，该方法中聚合物胶容易破裂导致成功率低，并且后续还需要进行去胶，而在去胶时不易去除干净、并且在去胶时还容易引起结构损坏以及容易引入外部污染，最终影响器件使用性能，因而导致现有干法转移制备异质结的方法操作复杂，耗时大周期长，成品率不高，不易大规模工业化制备。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种乐高式范德华异质结及其制备方法，本发明通过微圆点或其阵列在各种类型基底上进行二维范德华材料的转移和堆垛，在此过程中几乎不残留粘胶，能够省却除胶步骤，是一种快速实现二维材料的清洁转移方法，大大简化了制备工艺以及避免了由于除胶对乐高式范德华异质结结构和性能的影响，有望实现大规模工业化需求。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种乐高式范德华异质结的制备方法，包括以下过程：

4、将微圆点单元加热至第一预设温度，移动微圆点单元来拾取堆叠二维材料，形成乐高式范德华异质结，之后将微圆点单元加热至第二预设温度，然后将微圆点单元从乐高式范德华异质结上移开，所述乐高式范德华异质结制备完成；

5、所述微圆点单元包括支撑衬底和设置于所述支撑衬底上的拾取部，拾取部包括设置于支撑衬底上的凸起部以及包覆于所述凸起部外部的胶膜，所述凸起部的顶点的直径在30μm以下；

6、将微圆点单元加热至第一预设温度时，所述胶膜能够将二维材料粘结起来，将微圆点单元加热至第二预设温度时，所述胶膜能够与二维材料脱离粘结状态。

7、优选的，采用多个呈阵列形式的所述微圆点单元来拾取堆叠二维材料；

8、多个呈阵列形式的所述微圆点单元设置于一支撑体上形成微圆点阵列；

9、所述支撑体为刚性支撑体或弹性支撑体，支撑体的形状为平面状或曲面状。

10、优选的，所述微圆点阵列的占空比为20%-80%。

11、优选的，所述支撑体内设有用于为微圆点单元加热的加热丝。

12、优选的，所述微圆点单元的拾取部的凸起部包括pdms片和pdms点，pdms片设置于支撑衬底表面，pdms点设置于pdms片上，胶膜罩设于pdms片和pdms点整体结构的外部并与支撑衬底表面粘结；

13、所述pdms片为聚二甲基硅氧烷固化反应后得到的片状结构，pdms点为聚二甲基硅氧烷固化反应后得到的凸起状的结构。

14、优选的，所述胶膜采用ppc薄膜，ppc薄膜与支撑衬底表面之间通过双面胶粘结；

15、所述第一温度为20~40℃，所述第二温度为70-120℃。

16、优选的，所述微圆点单元的拾取部的凸起部的形状为球形、圆锥形、圆台形或圆柱形。

17、优选的，移动微圆点单元来拾取堆叠二维材料，形成乐高式范德华异质结时，将用于形成所述的乐高式范德华异质结的二维材料中的第一层二维材料通过胶膜粘结拾取，然后将除了最后一层二维材料之外的其他二维材料依次通过二维材料之间的范德华力堆叠在一起，之后将微圆点单元已拾取的二维材料放置在最后一层二维材料上并通过范德华力吸附在一起，之后将微圆点单元加热至第二预设温度，然后将微圆点单元从乐高式范德华异质结上移开，所述乐高式范德华异质结制备完成。

18、优选的，将微圆点单元从乐高式范德华异质结上移开时，先将微圆点单元沿平行于二维材料表面的方向以不大于1μm/s的速度移动预设距离，使胶膜与二维材料表面脱离，然后将微圆点单元移开。

19、本发明还提供了一种乐高式范德华异质结，所述乐高式范德华异质结通过本发明如上所述的制备方法制得。

20、本发明具有如下有益效果：

21、本发明乐高式范德华异质结的制备方法中，通过顶点直径在30μm以下的凸起部，能够使胶膜与二维材料表面接触面积较小，能够减少不必要的接触，能准确拾取想要的那一块二维材料，而不会拾取这块二维材料周围的材料；同时还不容易留下残胶，省去后续除胶的步骤以及因为除胶带来的污染以及对异质结结构和性能上的破坏。

22、进一步的，本发明通过将微圆点单元组成微圆点阵列用来拾取堆叠二维材料，这样可以加工较大面积的乐高式范德华异质结。

技术特征：

1.一种乐高式范德华异质结的制备方法，其特征在于，包括以下过程：

2.根据权利要求1所述的一种乐高式范德华异质结的制备方法，其特征在于，采用多个呈阵列形式的所述微圆点单元(1)来拾取堆叠二维材料；

3.根据权利要求2所述的一种乐高式范德华异质结的制备方法，其特征在于，所述微圆点阵列(2)的占空比为20％-80％。

4.根据权利要求2所述的一种乐高式范德华异质结的制备方法，其特征在于，所述支撑体(201)内设有用于为微圆点单元(1)加热的加热丝(202)。

5.根据权利要求1所述的一种乐高式范德华异质结的制备方法，其特征在于，所述微圆点单元(1)的拾取部的凸起部包括pdms片(104)和pdms点(105)，pdms片(104)设置于支撑衬底(101)表面，pdms点(105)设置于pdms片(104)上，胶膜罩设于pdms片(104)和pdms点(105)整体结构的外部并与支撑衬底(101)表面粘结；

6.根据权利要求5所述的一种乐高式范德华异质结的制备方法，其特征在于，所述胶膜采用ppc薄膜(103)，ppc薄膜(103)与支撑衬底(101)表面之间通过双面胶(102)粘结；

7.根据权利要求1所述的一种乐高式范德华异质结的制备方法，其特征在于，所述微圆点单元(1)的拾取部的凸起部的形状为球形、圆锥形、圆台形或圆柱形。

8.根据权利要求1所述的一种乐高式范德华异质结的制备方法，其特征在于，移动微圆点单元(1)来拾取堆叠二维材料，形成乐高式范德华异质结时，将用于形成所述的乐高式范德华异质结的二维材料中的第一层二维材料通过胶膜粘结拾取，然后将除了最后一层二维材料之外的其他二维材料依次通过二维材料之间的范德华力堆叠在一起，之后将微圆点单元(1)已拾取的二维材料放置在最后一层二维材料上并通过范德华力吸附在一起，之后将微圆点单元(1)加热至第二预设温度，然后将微圆点单元(1)从乐高式范德华异质结上移开，所述乐高式范德华异质结制备完成。

9.根据权利要求1或8所述的一种乐高式范德华异质结的制备方法，其特征在于，将微圆点单元(1)从乐高式范德华异质结上移开时，先将微圆点单元(1)沿平行于二维材料表面的方向以不大于1μm/s的速度移动预设距离，使胶膜与二维材料表面脱离，然后将微圆点单元(1)移开。

10.一种乐高式范德华异质结，其特征在于，所述乐高式范德华异质结通过权利要求1-9任意一项所述的制备方法制得。

技术总结本发明公开了一种乐高式范德华异质结及其制备方法，利用PDMS和PPC制备成的微圆点及其阵列在各种类型基底上进行大面积二维范德华材料的转移和堆垛。本发明的制备方法主要包括三部分：第一部分是微圆点及其阵列制备；第二部分是范德华转移系统；第三部分是转移步骤及控制条件。本发明通过微圆点或其阵列在各种类型基底上进行二维范德华材料的转移和堆垛，在此过程中几乎不残留粘胶，能够省却除胶步骤，是一种快速实现二维材料的清洁转移方法，大大简化了制备工艺以及避免了由于除胶对乐高式范德华异质结结构和性能的影响，有望实现大规模工业化需求。技术研发人员：胡少杰,王苗欣,高福朋,苏旭晖,王康受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/1/12