探針臺
Probe Stations
一、PDMS剝離轉移法
PDMS剝離轉移法是利用黏彈性的PDMS高分子膜作為載體轉移二維材料. 該方法無高分子旋涂且整個過程不接觸任何溶液, 為易水解吸濕的二維材料轉移提供了可能. 由于轉移過程中材料不會受到毛細作用力的影響, 因此也減少了材料的褶皺、裂紋以及包裹溶液形成的微泡, 這為材料本征性能研究提供了方便。 利用PDMS高分子膜干法轉移的裝置及過程, 將PDMS高分子膜粘附在透明玻璃片上, 機械剝離二維材料, 然后將整個支撐體翻轉懸空固定到XYZR四維可調節的懸臂上. 在光學顯微鏡下, 下降懸臂高度使PDMS高分子膜與含二維材料基底(SiO2/Si)充分接觸按壓, 然后慢慢提升支撐體實現二維材料與基底的剝離。PDMS薄膜的剝離速度快時吸附力較大, 二維材料被吸附在PDMS高分子膜表面; 反之剝離速度慢時吸附力較小, 二維材料更傾向于吸附到目標基底表面。
（1）PDMS干法轉移設備：干法轉移設備主要由顯微成像系統、四維載玻片位移平臺（XYZR）、五維襯底載物平臺(XYRaβ)等裝置組成如圖（a）。
（a）
（2）PDMS干法轉移過程：
(b)在PDMS上機械剝離二維材料;
(c) 將帶有樣品PDMS翻轉;
(d) 樣品與目標基底對準;
(e) 使樣品與目標基底接觸;
(f) 將PDMS從基底表面剝離;
(g) 樣品被成功轉移至目標基底;
(PDMS干法轉移過程)
PDMS干法轉移的樣品質量與轉移成功率取決于目標基底表面的平整度和接觸按壓時壓力的大小, 當基底表面具有原子級平整度時可以達到100%轉移成功率, 而粗糙基底(形貌突變的表面)情況下轉移成功率顯著下降。我司對襯底載物平臺對凸臺表面進行了平整度特殊處理，極大地增加了轉移的成功概率。
二、vdWs相互作用轉移法
利用二維材料之間的vdWs相互作用分步轉移實現了h-BN/Graphene/h-BN三明治結構的構建. 相較于前面介紹利用PMMA或PDMS等作為載體的轉移方法, vdWs相互作用轉移法中石墨烯未與任何高分子接觸, 最大程度地降低了有機殘留物的吸附, 且不需要額外退火處理就可以得到平均載流子遷移率分別為20000和15000 cm2/(V·s)的雙層或三層石墨烯器件。
（轉移貼合前圖片)
黏性隨溫度改變的聚碳酸丙烯酯(poly-propylene carbonate, PPC)在轉移中也發揮著重要的作用. PPC/PDMS組成的高分子薄膜載體在40 ℃時與二維材料有較強的粘附力, 可以將二維材料或其異質結從SiO2/Si基底上剝離, 而當溫度升高到110 ℃時, 高分子薄膜發生軟化從而降低其與二維材料的粘附力, 二維材料或其異質結又可以從薄膜表面脫落進而被轉移到目標基底表面. 制作h-BN/Graphene/h-BN異質結的轉移過程如下圖所示, 首先將PDMS高分子薄膜用氧等離子體預處理去除低聚物進而增加其表面吸附力, 將其粘附于透明載玻片一端, 然后在PDMS薄膜表面旋涂一層PPC高分子薄膜, 烘干后把載玻片的另一端固定到顯微操作平臺上以備后續使用。 將SiO2/Si基底用氧等離子體處理, 這一處理過程可以增加其與二維材料之間的吸附力, 有利于剝離出較大面積的單層二維材料, 然后在基底表面機械剝離h-BN與石墨烯樣品。將表面具有BN樣品的SiO2/Si基底固定在樣品臺并在40 ℃溫度下加熱, 在光學顯微鏡下將高分子薄膜中心和BN樣品對齊, 降低載玻片高度使PPC高分子薄膜與基底完全接觸, 將溫度短暫升高到55 ℃再降至40 ℃后抬高載玻片, 此時BN樣品即從SiO2/Si基底表面剝離并吸附在PPC薄膜上. 然后, 將具有石墨烯樣品的SiO2/Si基底固定在樣品臺并保持110 ℃下加熱, 在光學顯微鏡下將基底上的石墨烯樣品與PPC高分子薄膜表面的h-BN樣品對齊, 降低操作平臺使高分子薄膜與目標基底接觸后緩慢撤離, 石墨烯即可從PPC高分子膜剝離而轉移到SiO2/Si基底上形成h-BN/Graphene異質結. 重復以上步驟把h-BN/Graphene異質結吸附在PPC高分子薄膜表面后再轉移到h-BN樣品表面, h-BN/Graphene/h-BN三明治結構即構建完成。
(h-BN/Graphene/h-BN異質結的轉移過程)
vdWs相互作用法轉移制備h-BN/Graphene/h-BN異質結：(a) 透明玻璃/PDMS/PPC擔體將h-BN從SiO2基底剝離; (b) 在110 ℃下將h-BN與石墨烯堆疊; (c) 將h-BN/Graphene從SiO2表面剝離; (d) 在110 ℃下將h-BN/Graphene與h-BN堆疊; (e) 成功制備h-BN/Graphene/h-BN異質結
我司LMT-H系列高分辨二維材料轉移系統是我司根據客戶應用，自主研發的低維材料異質結器件轉移產品，適用于石墨烯、硫化鉬、黑磷等單層材料精確定點轉移，以及多層范德華異質結的制備，實現了低維材料轉移的可視化操作。轉移系統由高分辨金相顯微系統、精確控溫系統、真空吸附系統、高精度四軸樣品臺及五軸襯底載物臺等組成，目標襯底載物臺可面內大角度旋轉，是研究異質結特性、空間反演對稱性破缺、以及二維材料不同堆疊方式影響的有力工具。
