清華大學ACS Nano：實現CVD過渡金屬硫化物薄膜無損轉移和堆疊的水溶性聚合物媒介

化學氣相沉積（CVD）方法制備出的二維過渡金屬硫化物（TMDCs）的轉移方法有兩類，一類是化學刻蝕媒介法，該方法操作簡單，但刻蝕會嚴重退化樣品的品質，使得其遷移率顯著降低；另一類是物理轉移媒介法，該方法不需要刻蝕，但是生長過程的高溫環境使得襯底和樣品接觸更強，阻礙了該方法的推廣應用。因此，尋找一種無損轉移的方法對于TMDCs材料的應用發展是非常重要的。

近日，清華大學化學系焦麗穎等人設計了一種水溶性轉移媒介，該媒介有PVP和PVA兩種聚合物組成，可以實現CVD TMDCs材料的無損轉移和堆疊。該方法可以用于多種襯底的轉移，并且可以批量重復轉移，保證樣品的固有性質不被退化。通過實驗驗證，該方法同樣適用于其他CVD 生長的二維材料的轉移和堆疊，并且可以保證材料的原有質量，對于基礎研究和實際應用都具有很高價值的適用性。

【轉移原理簡介】

這種媒介由PVP和PVA兩種聚合物組成，上層的PVP薄膜因其較強的粘附力和良好的潤濕能力，作為粘附層，確保和二維TMDCs材料有合適的接觸。為了增強底層的潤濕能力，作者又增加了一個NVP單體，其表面能和二維TMDCs材料在PVP溶液中的表面能接近。同時，PVA薄膜作為支持層，固定PVP的形狀。這兩種聚合物的結合保證了媒介-樣品的強接觸和媒介有效的強度，二者對將CVD TMDCs材料從生長襯底上剝離是至關重要的。由于，這兩種聚合物均為水溶性的，轉移過程簡單可重復，并且對樣品原有性質沒有影響。

【圖文解析】

圖1 CVD生長的MoS2的轉移：（a）利用水溶性雙層聚合物轉移CVD MoS2的流程示意圖；（b，c）CVD MoS2樣品轉移前后的光學顯微成像和AFM成像（插圖），插圖比例尺：2μm；（d）轉移到多孔碳網格上的MoS2薄片的TEM成像，插圖為該樣品的高分辨TEM成像，比例尺為：2μm；（e，f）d圖位置1和位置2的選擇區域電子衍射（SAED）圖像。

圖2 轉移后的單層MoS2的表征：（a，b）CVD MoS2轉移前后的拉曼映射成像；（c，d）MoS2轉移前后的典型拉曼光譜和光致發光（PL）光譜；（e）真空環境下，由PVP+PVA媒介轉移的MoS2薄片制備的FET的輸運曲線，從下至上，偏壓分別為1，10，100，500和1000mV，插圖為器件的光學圖像；（f）分別由PVP+PVA媒介轉移（紅色方塊）和由PMMA媒介轉移（藍色方塊）的MoS2-FET的遷移率和開關比的比較，從圖中，很明顯地看出，由PVP+PVA媒介轉移的MoS2的遷移率大于由PMMA媒介轉移的MoS2的樣品，說明PVP+PVA媒介在轉移過程對MoS2的原有質量影響很小。

圖3 在不同襯底上的不同CVD生長的二維材料的轉移：（a，b）CVD生長的1L MoxWyS2樣品轉移前后的光學成像；（c，d）CVD生長的MoS2/WS2異質結轉移前后的光學成像；（e，f）CVD生長的MoS2薄片在Au/Si襯底和PMMA薄膜上的轉移。

【總結】

焦麗穎等人設計的由兩種聚合物組成的雙層水溶性媒介，可以實現CVD生長的二維TMDCs材料的無損轉移和堆疊。媒介-樣品的強接觸和媒介的水溶性能夠使CVD生長的二維TMDCs材料比較容易和簡潔地實現物理轉移。這項工作推動了二維TMDCs材料在光電和電子領域的應用發展。

【備注】

該研究成果近期發表在ACS Nano (IF:12.881) 上，文獻鏈接：Universal Transfer and Stacking of Chemical Vapor Deposition Grown Two-Dimensional Atomic Layers with Water-Soluble Polymer Mediator?(DOI: 10.1021/acsnano.6b00961）

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