基本介紹
- 中文名：乾法轉印
- 外文名：“pick-up”transfer
- 別名：乾式轉移，乾式轉印，乾法轉移等
背景,傳統乾式轉印,PDMS乾轉印,
背景
自2004年石墨烯發現以來，各類二維材料均得到了非常廣泛的發展，如具有半金屬性的石墨烯、絕緣性的氮化硼、半導體性的過渡金屬族硫化物、黑磷等等。雖然單個的二維材料已經具有非常獨特的性能，如石墨烯的超高遷移率、單層二硫化鉬的谷電子效應、黑磷的超高載流子濃度等。
但單一二維材料在套用過程中卻往往出現一些難以避免的限制，主要存在以下幾點：（1）石墨烯的零帶隙不適用於半導體邏輯器件；（2）氮化硼超寬頻隙較難以套用於微納器件中；（3）由於傳統SiO2基底表面粗糙度高，存在懸空鍵，以及表面的光聲子散射等原因造成基底與石墨烯或者過渡金屬族硫化物等二維材料之間產生電荷陷阱而使材料本身優異特性受到限制，從而嚴重影響二維材料的電學性能，如二硫化鉬實驗測得遷移率始終達不到理論預言所預測的~400 cmVs；（4）很多的二維材料都不具備空氣穩定性，二維材料在空氣中易氧化致使性能衰減甚至消失，如黑磷、氮化鎵、碲化鎢等。
直至2010年，哥倫比亞大學Cory Dean課題組首次報導了機械轉移法，他們以六角氮化硼為襯底，將石墨烯機械轉移至其表面，製備出首個二維材料異質結，該異質結中測出石墨烯載流子遷移率高達 60,000cmVs，比在傳統矽片表面高出3-4個數量級。此後人們才逐漸發展出當前製備范德華異質結最為廣泛的乾式轉印。
傳統乾式轉印
傳統乾式轉印是一種相對濕轉移法清潔度較高的一種方法，通常採用具有雙層粘性聚合物的載破片對二維材料進行轉印，該雙層粘性聚合物通常為聚甲基乙撐碳酸酯（Poly Carbonate）與聚二甲基矽氧烷（Polydimethylsiloxane），簡稱PPC/PDMS。具體操作如圖1所示：
1. 使用雙層粘性聚合物粘取首層二維材料（一般為10-30nm的六角氮化硼），將載玻片上PPC/PDMS落至所需首層二維材料附近，通過升溫使得PPC沒過樣品，緩慢抬起載玻片完成首層二維材料的轉移；
圖1 傳統乾式轉印
2. 以首層二維材料為基底，通過范德華力對其他所需二維材料進行轉印操作，操作過程中可根據自身所需堆垛結構、轉印層數、排列方式、角度方向等進行調整；通常情況下，置於下層的二維材料的尺寸要小於首層二維材料，從而保護其不受到污染。
3. 所需范德華異質結全部堆垛完成後，將其順序放置於所需目標支撐基片（如SiO2/Si等）上，通過加熱溶解載玻片上PPC，並將載破片抬起後獲得最終范德華異質結。
4. 將異質結置於真空退火爐中進行退火處理，已去除表面殘留PPC等粘性聚合物，最終獲得乾淨整潔的范德華異質結。
PDMS乾轉印
PDMS乾轉印方法是直接採用聚二甲基矽氧烷（PDMS）對二維材料進行轉印。具體方法步驟如下：
1. 將製備好的PDMS切至合適大小，放置於乾淨的載玻片上。
PDMS乾轉印示意圖
2. 將二維材料通過機械剝離法首先將材料轉移至PDMS表面，通過光學顯微鏡尋找合適大小、厚度的二維材料，並進行標記，存檔。
3. 將置於PDMS表面的二維材料與目標二維材料進行對其排列後緩慢降低，直至兩種二維材料緊密結合後，抬起PDMS，使二維材料與PDMS脫離落至目標二維材料上，若需其他二維材料，重複上述步驟，最終獲得所需范德華異質結。
