世界第一款適用於2D材料之UV膠帶,並可實現簡易且高效率的轉置

 

刊登日期:2024/3/11
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日本新能源產業技術總合開發機構(NEDO)與九州大學、日東電工合作,開發出適用於2D材料且黏性會因紫外線而弱化之機能性UV膠帶,並成功地實現石墨烯的轉置。

石墨烯為備受業界關注的次世代2D材料之一,且2D材料的厚度為原子等級,使用時須利用轉置工程,從合成基板轉移至矽基板或可撓式基板上,但此過程中2D材料的破損及保護膜的高分子形成殘渣,間接影響其功能。此外,除去保護膜須使用有機溶媒、可撓式基板不適用轉置、轉置工程耗時且需高度技術等仍是待解決的課題。

此次研究使用了黏著力可藉由紫外線弱化至原本1/10的UV膠帶,其手法則是在UV膠帶黏性強的狀態下抓住石墨烯,接著以紫外線弱化黏性讓石墨烯脫離、轉移到基板上,最終成功實現了石墨烯的高效率轉移,轉移率最高達99%。另與既有的高分子轉置相比,缺陷與殘渣較少,並可實現較短時間的轉置。

除了石墨烯之外,新開發的UV膠帶亦可處理過渡金屬二硫屬化物(TMD)、六方晶氮化硼(hBN)等半導體2D材料的轉置。研發團隊以轉置的二硫化鉬(MoS2)製作電晶體,並已確認運作良好,今後可望應用在次世代半導體。例如將黏著二硫化鉬的膠帶剪成小片,轉置於想貼附的位置,最後裝上電極,便能簡單製作出大量的二硫化鉬元件。另透過使用方向一致的2D材料,則可在調整角度的同時實現積層。

此外,研發團隊還製作出利用THz波的感測器。在以UV膠帶轉置的石墨烯上裝上電極,上方擺放了裝有刀片跟紙張的信封,經照射THz波後測量石墨烯上產生的電壓,可識別出信封內的刀片與紙張。因此新技術可望應用於機場等場所的安檢用途,另可適用於熱感測器等應用。目前的石墨烯轉置技術最大處理尺寸為4吋(直徑100mm),透過此次的新技術將可望實現對更大晶圓等級的2D材料轉置,並促進後矽晶(Post-silicon)元件或感測器的實用化。


資料來源: https://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_101723.html
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