研究者設(shè)計(jì)梯度表面能調(diào)控的復(fù)合型轉(zhuǎn)移媒介

國(guó)防科技大學(xué)前沿交叉學(xué)科學(xué)院副研究員朱夢(mèng)劍、教授秦石喬課題組與北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授彭海琳課題組合作，設(shè)計(jì)了一種梯度表面能調(diào)控的復(fù)合型轉(zhuǎn)移媒介，可控制調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移過程中的表界面能，保證了晶圓級(jí)超平整石墨烯向目標(biāo)襯底(硅片、藍(lán)寶石等)的干法貼合與無(wú)損釋放，得到了晶圓級(jí)無(wú)損、潔凈、少摻雜均勻的超平整石墨烯薄膜，展示了均勻的高遷移率器件輸運(yùn)性質(zhì)，觀測(cè)到室溫量子霍爾效應(yīng)及分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)，并構(gòu)筑了4英寸晶圓級(jí)石墨烯熱電子發(fā)光陣列器件，在近紅外波段表現(xiàn)出顯著的輻射熱效應(yīng)。該轉(zhuǎn)移方法具有普適性，也適用于其它晶圓級(jí)二維材料(如氮化硼)的轉(zhuǎn)移。

該研究設(shè)計(jì)制備的表面能梯度分布的轉(zhuǎn)移媒介，其中冰片小分子層吸附在石墨烯表面，有效降低了石墨烯的表面能，保證石墨烯向目標(biāo)襯底貼合過程中，襯底的表面能遠(yuǎn)大于石墨烯的表面能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)良好的干法貼合；另一方面，轉(zhuǎn)移媒介上層的PDMS高分子膜具備最小的表面能，能夠?qū)崿F(xiàn)石墨烯的無(wú)損釋放。

該轉(zhuǎn)移方法還具有其他特點(diǎn)，比如，PDMS作為支撐層可以實(shí)現(xiàn)石墨烯向目標(biāo)襯底的干法貼合，減少界面水氧摻雜；容易揮發(fā)的冰片作為小分子緩沖層能有效避免上層PMMA高分子膜對(duì)石墨烯的直接接觸和殘留物污染，得到潔凈的石墨烯表面；高分子PMMA層的剛性使得石墨烯轉(zhuǎn)移后依舊保持超平整的特性。

此外，梯度表面能調(diào)控轉(zhuǎn)移方法可作為晶圓級(jí)二維材料(石墨烯、氮化硼、二硫化鉬等)向工業(yè)晶圓轉(zhuǎn)移的通用方法，有望為高性能光電子器件的集成奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

(來(lái)源：科學(xué)網(wǎng))