一种空气敏感性二维材料器件的封装设备及封装方法技术

本发明专利技术公开了一种空气敏感性二维材料器件的封装设备及封装方法，属于二维材料封测领域。利用此设备的封装方法是采用在惰性气体环境下，将二维材料器件封装于采用底座、封盖玻片及高于二维材料器件厚度的封装胶形成的密闭空间中，以此方法封装空气敏感性二维材料器件，避免了传统的在待测二维材料上下各叠一层石墨烯或氮化硼封装时易产生的轨道杂化的问题，保护材料免受或少受外界环境的影响，同时利用设备进行两次的拉曼测试，排除封盖玻片影响，为空气敏感性二维材料器件的后续研究测试提供了安全稳定的环境。

【技术实现步骤摘要】
一种空气敏感性二维材料器件的封装设备及封装方法
本专利技术属于二维材料封测领域，更具体地说，涉及一种空气敏感性二维材料器件的封装设备及封装方法，可以实现对二维材料半导体器件的高效封装、测试与保护。
技术介绍
自2004年石墨烯被发现以来，探寻其他新型二维晶体材料一直是二维材料研究领域的前沿。正如石墨烯一样，大尺寸高质量的其他二维晶体不仅对于探索二维极限下新的物理现象和性能非常重要，而且在电子、光电子等领域具有诸多新奇的应用。近年来，除石墨烯外，二维六方氮化硼、过渡族金属硫化物、氧化物、黑磷等二维材料也被制备出来，极大地拓展了二维材料的性能和应用。石墨烯与其余二维材料的发现与制备翻开了研究应用新型二维材料的篇章。在这些探索与研究中，二维材料的制备是非常重要的一环。针对我们所需要研究的二维材料以及电子产品等的高性能、多功能、高可靠性等要求，我们需要将封装操作这一流程做的更好、更快、更薄，而二维材料的封装操作往往还需要考虑二维材料的空气敏感性，比如，二维材料化学性质普遍不稳定，卤族化合物、过渡族金属硫/氧化物、黑磷等，易与空气中水与氧气反应而受污染，等等。并且低维量子器件的工作环境对温度、湿度、气溶微粒浓度等都有严苛的要求。传统的二维材料封装方法是在待测二维材料上下各叠一层石墨烯或氮化硼以隔绝空气。但是这样的封装方法会影响光学测试与电输运测试的结果。在上下叠盖其它二维材料(如石墨烯、氮化硼等)的做法，会影响待测二维材料光学测试与电输运测试的结果。以单层二硫化钼为例，当其被六方氮化硼上下封装后，出现轨道杂化，且受到来自六方氮化硼的范德华力压力。这使得封装后的二硫化钼由直接带隙转变为间接带隙，不利于二维材料的进一步研究。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有在待测二维材料上下各叠一层石墨烯或氮化硼封装时易产生轨道杂化的问题，本专利技术提供一种空气敏感性二维材料器件的封装设备及封装方法。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种空气敏感性二维材料器件的封装方法，在惰性气体环境下，将二维材料器件封装于采用底座、封盖玻片及高于二维材料器件厚度的封装胶形成的密闭空间中，所述底座及封装胶采用电磁屏蔽材料。进一步地，所述封装胶中含有石墨烯粉末。进一步地，所述石墨烯粉末的量占封装胶体积分数的10～15％。进一步地，所述底座选自金属基覆铜板或喷涂坡莫合金的陶瓷片。进一步地，所述封盖玻片所在的高度通过拉曼峰确定：第一次测试样品时样品出现拉曼峰值，放置封盖玻片后再次测量样品时同时检测到样品拉曼峰与封盖玻片的拉曼峰，当二者的拉曼峰存在重叠时，改变封盖玻片的高度，使二者的拉曼峰错开。进一步地，所述封装胶的高度通过封盖玻片的高度确定。本专利技术还提供一种用于实现上述封装方法的空气敏感性二维材料器件的封装设备，包括置于集成腔体内部的给胶装置、固定装置及操作装置；所述操作装置用于控制给胶装置移动。进一步地，所述封装设备还包括置于集成腔体内部的拉曼光谱仪。进一步地，所述封装设备还包括用于移动封盖玻片的吸盘装置。所述吸盘装置包括吸盘针管和吸盘，所述吸盘针管固定于支架上。进一步地，所述操作装置是由精密步进十字电机与滚珠丝杆导轨组成的数控直线导轨线性滑台模组，可以编写G代码精确控制滑台的运动。进一步地，所述给胶装置包括喷胶针管及与之相连的气泵和气流控制器，所述气泵通过施加气压将封装胶挤出，所述喷胶针管固定于支架上。进一步地，所述滑台、支架、吸盘针管以及喷胶针管的运动受G代码控制，G代码根据封装系统各组件的尺寸、相对位置和工艺设定以编程。进一步地，所述气泵受程序控制，在点胶针管移动到指定高度与位置时加压喷胶，随后吸盘针管移动至封盖玻片所在的封盖玻片槽，利用气泵抽气产生的负压吸起封盖玻片并移动到点胶区域，悬停在二维材料上方并与胶液接触，直至胶液凝固，封装完成。进一步地，所述固定装置包括固定在封装设备内部的基底，所述基底用于放置样品底座与封盖玻片。设备工作原理：首先在集成腔体抽真空，将拉曼光谱仪架设在二维材料的正上方，采用拉曼光谱仪检测置于底座上的空气敏感性二维材料器件的拉曼峰，在封装步骤之前测量空气敏感性二维材料器件的拉曼散射(第一次测试)并输出数据，接着向集成腔体中充惰性气体，采用吸盘装置吸取透明材质的封盖玻片，并将封盖玻片悬停在材料上方，再次测试拉曼光谱，封盖玻片所在的高度通过拉曼峰确定：第一次测试样品时样品出现拉曼峰值，放置封盖玻片后再次测量样品时同时检测到样品拉曼峰与封盖玻片的拉曼峰，当二者的拉曼峰存在重叠时，改变封盖玻片的高度，使二者的拉曼峰错开，以保证封盖玻片不影响空气敏感性二维材料器件的拉曼峰，从而排除影响。操作装置控制给胶装置的点胶针管在空气敏感性二维材料器件周围的底座边缘点胶，点胶的高度根据封盖玻片的高度确定，且高于空气敏感性二维材料器件的厚度，并且胶不与空气敏感性二维材料器件接触，最后将由吸盘吸取的封盖玻片置于封装胶上封口，完成封装。所述集成腔体提供一个封装环境，操作者可对腔体抽真空或加入特定气体，前述操作装置、给胶装置与固定装置均安放在集成腔体中。为进一步防止脆弱的二维材料器件受到环境中的电磁干扰，本专利技术中封装所使用的部件，即样品底座、封装胶、可以全部使用电磁屏蔽材料。优选地，样品底座采用金属基覆铜板或喷涂坡莫合金的陶瓷片，封盖玻片为透明材质，封装用的AB胶中加入体积分数为10％wt的层状石墨烯粉末(石墨烯粉末有静电屏蔽作用)。3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术在惰性气体环境下，将空气敏感性二维材料器件封装于采用底座、封盖玻片及高于二维材料器件厚度的封装胶形成的密闭空间中，以此方法封装空气敏感性二维材料器件，避免了传统的在待测二维材料上下各叠一层石墨烯或氮化硼封装时易产生轨道杂化的问题，为空气敏感性二维材料器件的后续研究测试提供了安全稳定的环境，保护材料免受或少受外界环境的影响；(2)由于外部电磁干扰会严重威胁二维材料器件的稳定性，在较强的射频电场下，电子设备易过载损坏，半导体器件可能被击穿、内部短路或升温损毁，本专利技术进一步采用具有电磁屏蔽功能的底座材料以及含有石墨烯粉末的封装胶，能够使二维材料器件有效避免外部环境复杂的电磁干扰，保护了二维材料器件免受环境中复杂的电磁波击穿、烧断；以电磁屏蔽的样品底座与封盖玻片进行封装，避免了在待测样品上下叠盖其他二维材料化合物，保证了样品光学测试与电输运测试结果的可靠性；(3)本专利技术先将集成腔体抽真空，便于对二维材料测拉曼散射光波；后使用惰性气体充斥集成腔体，为封装操作提供了很好的保护气环境；这使二维材料免受氧气与水的污染；除此之外，惰性气体的充入使腔体内气压稳定在如101千帕，使气泵控制吸盘针管减压吸附可以实现；(4)本专利技术中封装设备采用G代码操控的滑台模组精准控制了点胶路径与封盖高度，避免了手动操作的不精细与不稳定性；压力传感器反馈的实时数据能清楚反应封盖玻片的受本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空气敏感性二维材料器件的封装方法，其特征在于，在惰性气体环境下，将二维材料器件封装于采用底座、封盖玻片及高于二维材料器件厚度的封装胶形成的密闭空间中，所述底座及封装胶采用电磁屏蔽材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种空气敏感性二维材料器件的封装方法，其特征在于，在惰性气体环境下，将二维材料器件封装于采用底座、封盖玻片及高于二维材料器件厚度的封装胶形成的密闭空间中，所述底座及封装胶采用电磁屏蔽材料。


2.根据权利要求1所述的空气敏感性二维材料器件的封装方法，其特征在于，所述封装胶中含有石墨烯粉末。


3.根据权利要求2所述的空气敏感性二维材料器件的封装方法，其特征在于，所述石墨烯粉末的量占封装胶体积分数的10～15％。


4.根据权利要求1所述的空气敏感性二维材料器件的封装方法，其特征在于，所述底座选自金属基覆铜板或喷涂坡莫合金的陶瓷片。


5.根据权利要求1所述的空气敏感性二维材料器件的封装方法，其特征在于，所述封盖玻片所在的高度通过拉曼峰确定：第一次测试样品时样品出现拉曼峰值，放置封盖玻片后再次测量样品时同时检测到样品拉曼峰与封盖玻片的拉曼峰，当二者的拉曼峰存在重叠时，改变...

【专利技术属性】
技术研发人员：于葛亮，蒋斯奇，黄佳贝，肖经宽，陈忻，韩亚清，张棣，王萍，蔡晓凡，马国栋，成澳雪，廉富镯，卢文刚，亚历山大·马耶罗夫，杜人君，王乙博，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32