基于软纳米压印的TMDC材料图案化方法

本发明涉及二维材料转移(tmdc二维材料图案化)，具体涉及一种基于软纳米压印的tmdc材料图案化方法。

背景技术：

1、目前常见的tmdc二维材料图案化方法是电子束光刻（ebl），其是一种高精度的微纳加工技术，可以在纳米尺度下制造复杂的结构和器件。其基本原理是使用电子束在光敏材料表面进行局部曝光，然后通过化学腐蚀或物理蚀刻等方法将未曝光的区域去除，从而形成所需的结构。ebl技术的流程包括以下几个步骤：

2、首先准备光敏材料，ebl技术需要使用光敏材料作为加工对象，通常是一种聚合物或金属薄膜。在加工前，需要将光敏材料进行表面处理，以提高其表面平整度和粘附性；其次，设计和制作掩模，ebl技术需要使用掩模来控制电子束的曝光区域。掩模可以通过计算机辅助设计（cad）软件进行设计，并使用电子束刻蚀或光刻技术制作；最后曝光，将掩模放置在光敏材料表面，使用电子束进行局部曝光。

3、虽然ebl具有高分辨率、高精度、高可控性等优点，但在实际科研工作中存在着价格高昂、制备图案面积较小的问题，无法很好的满足日常实验需求，因此迫切需要一种全新的方法。

技术实现思路

1、本发明主要的创新性在tmdc二维材料图案化邻域使用了软纳米压印技术，并且针对性的优化工艺实现了低成本大面积的样品制备。可以解决实验成本高昂以及制备图案面积较小的问题，有利于后续更加方便的开展硅基器件集成和制备平板光学器件。本方法通过软纳米压印技术，能够得到大面积高质量的图案化tmdc二维材料，能够极大降低图案化成本；本方法的平台兼容性高，与现有二维材料器件、工艺研究契合度好。

2、基于软纳米压印的tmdc材料图案化方法，包括如下步骤：

3、步骤1，裁剪聚二甲基硅氧烷pdms薄膜尺寸，贴合在载玻片上形成pdms/载玻片结构；

4、步骤2，使用机械剥离的方法将过渡金属硫化物tmdc二维材料转移至上述的pdms薄膜上，使用刀片进行切割去除周边无关pdms薄膜，减小贴合在载玻片上的pdms面积，形成tmdc/pdms/载玻片结构；

5、步骤3，将tmdc/pdms/载玻片结构使用干法转移的方式把tmdc二维材料转移至目标衬底上，tmdc/pdms/载玻片固定在转 移平台的基片卡槽里，把目标衬底使用热熔胶固定在样品台上，形成tmdc/衬底结构；

6、步骤4，使用旋涂仪在tmdc/衬底上旋涂一层su8薄膜，加热后形成su8薄膜/tmdc/衬底结构；

7、步骤5，制备印章，通过纳米压印的方式将纳米阵列图案转移至su8薄膜/tmdc/衬底上，形成了图案化su8薄膜/tmdc/衬底结构；

8、步骤6，使用rie等离子刻蚀处理图案化su8薄膜/tmdc/衬底，最终得到目标图案化tmdc/衬底结构。

9、本发明达到的有益效果为：

10、（1）本方法利用软纳米压印技术和rie刻蚀工艺实现了tmdc二维材料的图案化制备，同时保证了纳米结构的精确度。

11、（2）本方法根据tmdc二维材料的厚度调整sf6气体刻蚀时间，能够自由调控纳米图案深度，实现不同光学性能需求的适配。

12、（3）本方法针对性的优化rie电子束刻蚀工艺实现了大面积的样品制备，能够实现tmdc二维材料全面积图案化。样品制备根据机械剥离出的tmdc二维材料大小而定，一般可以达到几十微米。

13、（4）本方法当中使用的方法极大优化了工艺过程，提升了科研生产效率，降低了工艺成本。印章只要没有在使用过程中损坏，就可以多次不断压印，极大节约了样品制备成本。

14、（5）在与光电器件集成时，tmdc二维材料一般需要氧化硅片作为衬底，再进行后续工艺，本方法当中氧化硅片作为衬底时，需先使用rie等离子刻蚀机通入o2 5s处理氧化硅片表面，这样可以增加其亲水性，使得su8旋涂的更加均匀。

15、（6）本方法对不同厚度、种类的tmdc具有普适性。

技术特征：

1.基于软纳米压印的tmdc材料图案化方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于软纳米压印的tmdc材料图案化方法，其特征在于：步骤1中，将聚二甲基硅氧烷pdms薄膜尺寸裁剪为大致0.8cm×2cm的长条形。

3.根据权利要求1所述的基于软纳米压印的tmdc材料图案化方法，其特征在于：步骤1中，使用臭氧对pdms薄膜进行处理5分钟以降低pdms表面粘性。

4.根据权利要求1所述的基于软纳米压印的tmdc材料图案化方法，其特征在于：步骤2中，使用的tmdc材料为一定层数和厚度的mos2、ws2、mose2或wse2，约10nm-250nm。

5.根据权利要求1所述的基于软纳米压印的tmdc材料图案化方法，其特征在于：步骤3中，使用的衬底为石英、纯硅片或氧化硅片。

6.根据权利要求5所述的基于软纳米压印的tmdc材料图案化方法，其特征在于：步骤3中，使用rie等离子刻蚀机通入o2处理衬底表面，增加其亲水性。

7.根据权利要求1所述的基于软纳米压印的tmdc材料图案化方法，其特征在于：步骤4中，加热步骤包括在60℃热台上加热1分钟，然后在90℃热台上加热1分钟。

8.根据权利要求1所述的基于软纳米压印的tmdc材料图案化方法，其特征在于：步骤5中，使用的印章纳米阵列图案为孔洞和柱子，两者互为反结构，单个结构直径为500nm-750nm，周期为1000nm-1300nm。

9.根据权利要求1所述的基于软纳米压印的tmdc材料图案化方法，其特征在于：步骤6中，rie等离子刻蚀处理图案化工艺具体分为三步：

10.根据权利要求9所述的基于软纳米压印的tmdc材料图案化方法，其特征在于：步骤6-2中，完全刻穿tmdc材料时，刻蚀时长的秒数数值比厚度值的数值大5s；非完全刻穿tmdc材料时，刻蚀时长的秒数数值等于或小于厚度值的数值，在此条件下刻蚀进一步刻蚀暴露出来的tmdc，刻蚀深度通过刻蚀时长进行调控。

技术总结基于软纳米压印的TMDC材料图案化方法，根据TMDC二维材料的厚度调整SF<subgt;6</subgt;气体刻蚀时间，能够自由调控纳米图案深度，实现不同光学性能需求的适配；针对性的优化RIE电子束刻蚀工艺实现了大面积的样品制备，能够实现TMDC二维材料全面积图案化；极大优化了工艺过程，提升了科研生产效率，降低了工艺成本；在与光电器件集成时，本方法使用氧化硅片作为衬底时，需先使用RIE等离子刻蚀机通入O<subgt;2</subgt; 5s处理氧化硅片表面，增加其亲水性，使得SU8旋涂的更加均匀；本方法对不同厚度、种类的TMDC具有普适性。技术研发人员：高丽,王玮奇,王素梅,赵慧娟,李姝涵,王羽凡,马敬轩,郭笑涵受保护的技术使用者：南京邮电大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11