本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)移用于形成或組裝范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的材料的方法，以及用于形成此類異質(zhì)結(jié)構(gòu)的裝置。

背景技術(shù)：

1、將二維(2d)材料逐層組裝成范德華(vdw)異質(zhì)結(jié)構(gòu)(通過各層之間的范德華粘附而不是化學(xué)粘合組裝并保持在一起的結(jié)構(gòu))已經(jīng)成為一個(gè)大且快速發(fā)展的領(lǐng)域。例如，人工組裝的vdw異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以形成獨(dú)特的量子和光電超材料，具有原子級(jí)清晰且干凈的界面。

2、組裝vdw異質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是將二維材料(或2dm)機(jī)械轉(zhuǎn)移至其他層/目標(biāo)襯底上。一些2d材料轉(zhuǎn)移技術(shù)依賴于聚合物膜的使用，該聚合物膜用于操縱2dm和/或vdw異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并最終將它們沉積至用于制造晶體管和光電(和其他)裝置的目標(biāo)襯底上。雖然聚合物膜的使用提供了某些優(yōu)點(diǎn)(即它們的機(jī)械性能和對(duì)2dm的高粘附)，但是也存在缺點(diǎn)：聚合物膜的使用可能導(dǎo)致所得裝置的污染，聚合物殘余物殘留在完成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或表面上，以及限制了可以進(jìn)行vdw異質(zhì)結(jié)構(gòu)組裝的操作條件(諸如溫度和化學(xué)環(huán)境)。

3、因此，希望提供用于vdw異質(zhì)結(jié)構(gòu)的替代組裝的手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本文描述了用于將材料從柔性中間襯底轉(zhuǎn)移至第二襯底的方法，所述柔性中間襯底包括支撐層和金屬粘附層。所述方法包括將材料從中間襯底沉積至第二襯底上，所述沉積包括通過材料與第二襯底之間的范德華粘附將材料粘附至第二襯底，并使材料與中間襯底的金屬粘附層分層。

2、還描述了用于將材料沉積至塊狀襯底上的柔性襯底，所述柔性中間襯底包括：支撐層，其中支撐層由無機(jī)材料形成；以及金屬粘附層。

3、本文還描述了用于將材料從第一襯底轉(zhuǎn)移至第二襯底的方法，所述轉(zhuǎn)移是經(jīng)由包括支撐層和金屬粘附層的柔性中間襯底進(jìn)行的。所述方法包括利用所述中間襯底將所述材料從所述第一襯底提起，所述提起包括通過所述材料與所述金屬粘附層之間的范德華粘附將所述材料粘附至所述金屬粘附層。所述方法包括將所述材料從所述中間襯底沉積至所述第二襯底上，所述沉積包括通過所述材料與所述第二襯底之間的范德華粘附將所述材料粘附至所述第二襯底。所述方法有助于通過范德華粘附簡(jiǎn)單且快速地組裝2d異質(zhì)結(jié)構(gòu)，減少了制造涉及所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)的裝置所需的成本和組裝時(shí)間。

4、本文所述的轉(zhuǎn)移技術(shù)和對(duì)應(yīng)的裝置為用于商業(yè)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡母鞣Nvdw異質(zhì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的工業(yè)規(guī)模制造開辟了途徑。

5、任選地，材料與金屬粘附層之間的范德華粘附大于材料與第一襯底之間的范德華粘附。任選地，材料與第二襯底之間的范德華粘附大于材料與金屬粘附層之間的范德華粘附。

6、在一些實(shí)施例中，所述方法包括通過控制金屬粘附層的厚度和/或組成來至少部分地控制范德華粘附。在一些實(shí)施例中，所述方法包括通過控制襯底中的一個(gè)或多個(gè)的溫度來至少部分地控制范德華粘附。在一些實(shí)施例中，所述方法包括通過控制中間襯底的移動(dòng)速度來至少部分地控制范德華粘附。

7、任選地，沉積是干式工藝。

8、在一些實(shí)施例中，中間襯底的支撐層由無機(jī)材料形成。任選地，中間襯底的支撐層包含氧化物或氮化物。在一些具體實(shí)施例中，中間襯底的支撐層包含氮化硅或二氧化硅。

9、在一些實(shí)施例中，金屬粘附層包含以下中的至少一種：金、銅、鉑、鉻或鈀。在一些實(shí)施例中，柔性中間襯底包括支撐層與金屬粘附層之間的界面層。任選地，界面層包含以下中的至少一種：鉭、鉻、鈦、鎢、鈮、鋁或鎳。

10、在一些實(shí)施例中，提起材料包括使中間襯底的金屬粘附層靠近第一襯底。任選地，提起材料包括提起第一襯底的與材料粘合的一部分，并且所述方法還包括在將材料沉積至第二襯底上之前從中間襯底移除第一襯底的所述部分。任選地，移除第一襯底的所述部分是濕式工藝。在一些實(shí)施例中，沉積材料包括使中間襯底的金屬粘附層靠近第二襯底。

11、在一些實(shí)施例中，第二襯底包括具有一層或多層的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的外層。將材料沉積至第二襯底上包括將材料沉積在外層上以形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)的另一層。

12、在一些實(shí)施例中，所述方法還包括根據(jù)預(yù)定圖案來圖案化支撐層，并將金屬粘附層沉積在圖案化的支撐層上。在其他實(shí)施例中，所述方法還包括根據(jù)預(yù)定圖案將金屬粘附層沉積在支撐層上。任選地，提起材料包括根據(jù)預(yù)定圖案來提起材料。

13、本文描述了通過經(jīng)由包括支撐層和金屬粘附層的柔性中間襯底從一個(gè)或多個(gè)襯底移除材料來形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法。所述方法包括利用中間襯底將第一材料從一個(gè)或多個(gè)襯底的第一區(qū)域提起，所述提起包括通過第一材料與金屬粘附層之間的范德華粘附將第一材料粘附至金屬粘附層。所述方法包括利用中間襯底將第二材料從一個(gè)或多個(gè)襯底的第二區(qū)域提起，所述提起包括通過第一材料與第二材料之間的范德華粘附將第二材料粘附至第一材料。所述方法有助于通過范德華粘附簡(jiǎn)單且快速地組裝2d異質(zhì)結(jié)構(gòu)，減少了制造涉及所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)的裝置所需的成本和組裝時(shí)間。

14、任選地，第一區(qū)域和第二區(qū)域?qū)?yīng)于單個(gè)襯底的區(qū)域。替代地，第一區(qū)域和第二區(qū)域?qū)?yīng)于兩個(gè)不同襯底的區(qū)域。

15、本文描述了用于將材料從塊狀襯底提起的柔性襯底。柔性襯底可以用作執(zhí)行上述方法的柔性中間襯底。柔性襯底包括支撐層和金屬粘附層。任選地，支撐層包括氮化硅膜。任選地，金屬粘附層包含金。這種襯底有助于通過范德華粘附簡(jiǎn)單且快速地組裝2d異質(zhì)結(jié)構(gòu)，減少了制造涉及所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)的裝置所需的成本和組裝時(shí)間。

16、在一些實(shí)施例中，氮化硅膜的厚度為200nm至1000nm，任選地為500nm。在一些實(shí)施例中，金的厚度為0.01nm至10nm，任選地為0.05nm至5nm，任選地為0.1nm至1nm。

17、如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，關(guān)于金屬粘附層，低于組成金屬的原子直徑的厚度意味著金屬的不連續(xù)層(即吸附原子或納米級(jí)島在柔性襯底上的不連續(xù)分散)。換句話說，考慮到具有不均勻表面形態(tài)的薄膜，金屬粘附層的厚度可以是在代表性表面積上測(cè)量的平均厚度。

18、在一些實(shí)施例中，柔性襯底還包括在支撐層與金屬粘附層之間的界面層，界面層包含以下中的至少一種：鉭、鉻、鈦、鎢、鈮、鋁或鎳。

技術(shù)特征：

1.一種用于將材料從柔性中間襯底轉(zhuǎn)移至第二襯底的方法，所述柔性中間襯底包括支撐層和金屬粘附層，所述方法包括：

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沉積是干式工藝。

3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中所述中間襯底的所述支撐層由無機(jī)材料形成。

4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述中間襯底的所述支撐層包含氧化物或氮化物。

5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述中間襯底的所述支撐層包含氮化硅或二氧化硅。

6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述金屬粘附層包含以下中的至少一種：金、銅、鉑、鉻或鈀。

7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括在所述支撐層與所述金屬粘附層之間的界面層，所述界面層包含以下中的至少一種：鉭、鉻、鈦、鎢、鈮、鋁或鎳。

8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括通過控制所述金屬粘附層的厚度和/或組成來至少部分地控制所述范德華粘附。

9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括通過控制所述襯底中的一個(gè)或多個(gè)的溫度來至少部分地控制所述范德華粘附。

10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括通過控制所述中間襯底的移動(dòng)速度來至少部分地控制所述范德華粘附。

11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括利用所述中間襯底將所述材料從第一襯底提起，所述提起包括通過所述材料與所述金屬粘附層之間的范德華粘附將所述材料粘附至所述金屬粘附層。

12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中：

13.如權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的方法，其中所述材料與所述金屬粘附層之間的所述范德華粘附大于所述材料與所述第一襯底之間的范德華粘附。

14.如權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中提起所述材料包括提起所述第一襯底的與所述材料粘合的一部分，所述方法還包括：

15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中移除所述第一襯底的所述部分是濕式工藝。

16.如權(quán)利要求11至15中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括：

17.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第二襯底包括具有一層或多層的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的外層，并且其中將所述材料沉積至所述第二襯底上包括將所述材料沉積在所述外層上以形成所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)的另一層。

18.一種通過經(jīng)由包括支撐層和金屬粘附層的柔性中間襯底從一個(gè)或多個(gè)襯底移除材料來形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括：

19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一區(qū)域和所述二第區(qū)域?qū)?yīng)于單個(gè)襯底的區(qū)域。

20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域?qū)?yīng)于兩個(gè)不同襯底的區(qū)域。

21.一種用于將材料沉積至塊狀襯底上的柔性襯底，所述柔性襯底包括：

22.如權(quán)利要求21所述的柔性襯底，其中所述金屬粘附層包含以下中的至少一種：金、銅、鉑、鉻或鈀。

23.如權(quán)利要求21或權(quán)利要求22所述的柔性襯底，其中：

24.如權(quán)利要求21至23中任一項(xiàng)所述的柔性襯底，其還包括在所述支撐層與所述金屬粘附層之間的界面層，所述界面層包含以下中的至少一種：鉭、鉻、鈦、鎢、鈮、鋁或鎳。

25.如權(quán)利要求21至24中任一項(xiàng)所述的柔性襯底，其還包括聚合物層，其中所述支撐層位于所述聚合物層與所述金屬粘附層之間。

技術(shù)總結(jié)
本文提供了一種用于經(jīng)由包括支撐層和金屬粘附層的柔性中間襯底將材料從第一襯底轉(zhuǎn)移至第二襯底的方法。所述方法包括利用所述中間襯底將所述材料從所述第一襯底提起，所述提起包括通過所述材料與所述金屬粘附層之間的范德華粘附將所述材料粘附至所述金屬粘附層。所述方法包括將所述材料從所述中間襯底沉積至所述第二襯底上，所述沉積包括通過所述材料與所述第二襯底之間的范德華粘附將所述材料粘附至所述第二襯底。本文還提供了一種通過經(jīng)由包括支撐層和金屬粘附層的柔性中間襯底從一個(gè)或多個(gè)襯底移除材料來形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法。還提供了一種用于執(zhí)行所述方法的柔性襯底。

技術(shù)研發(fā)人員：R·戈?duì)柊蛦谭?A·薩默菲爾德,N·克拉克,王文棟,M·哈默
受保護(hù)的技術(shù)使用者：曼徹斯特大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17