一种拾取石墨电极组的方法技术

本发明专利技术涉及一种拾取石墨电极组的方法，属于微纳加工技术领域。将由衬底和衬底上的石墨电极组组成的样品A在真空下于230～290℃退火10～14h；用转移部件直接拾取时，将退火后的样品A在由乙醇和水按1:(2.7～3.3)的体积比组成的混合溶液A中密封浸泡14～18h；当用附着有二维材料的转移部件拾取时，将退火后的样品A在由乙醇、含5wt％氨的氨水和水按1:(0.6～1):(2.7～3.3)的体积比组成的混合溶液B中密封浸泡14～18h；吹干浸泡后的样品A，用转移部件中的h

【技术实现步骤摘要】
一种拾取石墨电极组的方法


[0001]本专利技术涉及一种拾取石墨电极组的方法，属于微纳加工


技术介绍

[0002]二维材料由于其原子层厚度的量子限域效应所产生的奇异物理性质受到了广泛的关注。在探究二维材料物理性质和器件性能的过程中，二维器件的电学接触很大程度决定了器件性能。因此，如何制备电极并实现电极与二维材料之间的良好欧姆接触成为了科学研究和器件工艺关注的重点。
[0003]通常的做法采用电子束曝光或紫外曝光等微纳加工手段，并结合金属蒸发镀膜的方式来制备目标电极。然而由于加工过程中没办法保证器件能够完全处于低水氧含量的环境中；所述低水氧含量的环境中，水和氧气的含量均小于0.01ppm；因此导致暴露在空气中的二维材料，会在表面吸附水氧或其他杂质，导致材料表面退化。这一退化层在金属电极沉积时，会在二者界面处出现费米钉扎现象，甚至该退化层会成为绝缘层，使得金属电极与二维材料的接触电阻变大。因此，这一制备流程对于空气敏感材料并不适用。此外，由于二维材料具有易堆叠的特性，其本身适用于制备多层堆叠的器件。但是常用的微纳加工方式不适用于二维材料在多层堆叠的器件中的加工。
[0004]在上述两种情况下，预制金属电极可以有效解决问题。然而，预制金属电极也存在一些问题，例如，电极的金属种类较少，一般为金，仅可与部分材料的功函数匹配实现较好的欧姆接触；预制金属电极的厚度一般在15nm到20nm，其对于二维材料来讲较厚，使得异质结并不能与衬底之间紧密贴合，甚至“悬浮”在衬底上，对随后的器件加工造成影响。
[0005]这种情况下，拥有费米面易调控优势的石墨电极被用做二维材料与金属之间接触的“桥梁”。这一方法的优势比较明显。首先，石墨由于其费米能级可以调控，因此能够与大部分二维材料形成良好的欧姆接触。其次，石墨的厚度可以减小到单层，使得器件完全没有与衬底贴合不紧密的问题。再次，因为石墨与金属的接触可以采用边缘接触的方法，所以更有利于对全氮化硼包夹的空气敏感样品的加工。
[0006]然而，采用石墨作为二维材料与金属之间接触的“桥梁”还存在一个至关重要的技术难题，即对石墨电极的拾取会极大地增加微纳器件制备难度。目前拾取石墨的方法就是用氮化硼(h
‑
BN)直接对未经过任何处理的石墨进行拾取，这种拾取方法存在的问题如下：在微纳器件制备中需要多少个石墨电极就需要拾取多少次石墨，例如，一个微纳器件需要6个石墨电极，则现有方法需要拾取6次石墨，且在拾取过程中，并不是每一次拾取都能够获得需要的石墨电极，会有拾取失败的情况。这就意味着，如果需要6个石墨电极，那么至少需要拾取6次石墨。因此，拾取石墨的环节使微纳器件的制备过程非常繁复，增加了微纳器件的制备难度。
[0007]另外，在多层堆叠的器件的制备中，由于需要多次拾取目标二维材料，每一层二维材料均需要拾取相应的石墨电极用做接触，也就是说，每一层二维材料都需要与设定数量的石墨电极的一端接触，如此导致拾取次数成倍增加，相应地，石墨电极拾取的成功率会随
着拾取次数的增加而极大降低。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种拾取石墨电极组的方法，所述方法能够提高对石墨电极组的拾取效率和成功率，降低微纳器件的制备过程的繁复程度，提高微纳器件制备的成功率。
[0009]为实现本专利技术的目的，提供以下技术方案。
[0010]一种拾取石墨电极组的方法，所述方法步骤如下：
[0011](1)将样品A在230℃～290℃且真空度小于等于10
‑5Pa的条件下退火处理10h～14h；所述样品A由衬底和附着在衬底上的石墨电极组组成，所述石墨电极组由两个以上的石墨电极依应用需求排列组成；
[0012](2)当用转移部件直接拾取时，将退火后的样品A在由乙醇和水按1:(2.7～3.3)的体积比组成的混合溶液A中密封浸泡14h～18h；
[0013]当用于拾取的转移部件中的氮化硼(h
‑
BN)上已经附着两层以上的二维材料时，将退火后的样品A在由乙醇、氨水和水按照1:(0.6～1):(2.7～3.3)的体积比组成的混合溶液B中密封浸泡14h～18h；所述氨水中，氨的质量分数为5％；
[0014]所述转移部件由底部的载玻片往上依次为聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体、聚碳酸酯(PC)膜和h
‑
BN，所述PC膜能完全覆盖住PDMS弹性体，且其四周均与载玻片粘接；
[0015](3)吹干浸泡后的样品A，用转移部件中的h
‑
BN或者转移部件上附有二维材料的那一面，在80℃～95℃与所述样品A中的石墨电极组完全接触，此时石墨电极组附着在转移部件中的h
‑
BN上，或者在此基础上各石墨电极的一部分与顶层二维材料接触，然后降温，直至拾取的石墨电极完全离开衬底，即完成了对石墨电极组的拾取。
[0016]优选，步骤(1)中，将样品A在260℃且真空度为10
‑5Pa的条件下退火处理12h。
[0017]优选，步骤(2)中，当采用转移部件直接拾取时，将退火后的样品A在由乙醇和水按1:3的体积比组成的混合溶液A中密封浸泡16h；
[0018]当用于拾取的转移部件中的氮化硼(h
‑
BN)上已经附着两层以上的二维材料时，将步骤(1)退火后的样品A在由乙醇、氨水和水按照1:0.8:3的体积比组成的混合溶液B中密封浸泡16h。
[0019]优选，步骤(3)中，用转移部件中的h
‑
BN或转移部件上含有二维材料的一面，在90℃与样品A中的石墨电极组完全接触。
[0020]优选，所述衬底为氧化硅片，所述氧化硅片为在硅片表面附有一层氧化层的硅片。
[0021]优选，步骤(3)中，用高纯氮气吹干浸泡后的样品A，所述高纯氮气的纯度为99.999％以上。
[0022]步骤(1)中，所述样品A由如下方法制得：
[0023](A)将机械剥离蓝膜上粘附有石墨的那一面粘附在衬底上，然后撕下机械剥离蓝膜，在衬底上获得石墨片；
[0024](B)在衬底上附着有石墨片的那一面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，分子量为950)，旋涂的转速为4000rpm，时间为60s；旋涂结束后，在180℃下烘干2min；
[0025](C)使用电子束曝光(EBL)或紫外曝光方法对衬底上的石墨片曝光出需要刻蚀的
区域，然后进行显影，定影；所述显影和定影均为本领域的常规方法；
[0026](D)使用反应离子束刻蚀(RIE)的方法，用氧气(O2)对衬底上的石墨片进行刻蚀，在衬底上得到所需形状的石墨电极组构成样品前体；
[0027](E)将所述样品前体先在丙酮中浸泡，然后在异丙醇中浸泡，以去除样品前体表面的PMMA，得到所述样品A。
[0028]优选，步骤(E)中，先在丙酮中浸泡10min，然后在异丙醇中浸泡10s。
[0029]有益效果
[0030](本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拾取石墨电极组的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：(1)将由衬底和附着在衬底上的石墨电极组组成的样品A在230℃～290℃且真空度小于等于10
‑5Pa的条件下退火处理10h～14h；所述石墨电极组由两个以上的石墨电极排列组成；(2)当用转移部件直接拾取时，将退火后的样品A在由乙醇和水按1:(2.7～3.3)的体积比组成的混合溶液A中密封浸泡14h～18h；当用于拾取的转移部件中的h
‑
BN上已经附着两层以上的二维材料时，将退火后的样品A在由乙醇、氨水和水按1:(0.6～1):(2.7～3.3)的体积比组成的混合溶液B中密封浸泡14h～18h；所述氨水中，氨的质量分数为5％；所述转移部件由载玻片往上依次为PDMS弹性体、PC膜和h
‑
BN，所述PC膜能完全覆盖住PDMS弹性体，且其四周均与载玻片粘接；(3)吹干浸泡后的样品A，用转移部件中的h
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BN或转移部件上附有二维材料的一面，在80℃～95℃与样品A中的石墨电极组完全接触，然后降温，直至拾取的石墨电极完全离开衬底，完成对...

【专利技术属性】
技术研发人员：段俊熙，冯启，彭慧民，钟锦锐，胡虞卿，李秋利，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：