1.本发明涉及压力传感器技术领域，尤其是一种悬空异质薄膜的图形化方法及压力传感器制备方法。
背景技术：
2.二维材料层内原子通过极强的共价键键合，层间通过微弱的范德华(van der waals，vdws)力相互吸引，能够剥离出仅有一个原子层厚度或几个原子层厚度的二维尺度稳定薄层。目前，已经发现的二维材料主要包括：石墨烯(graphene)、六方氮化硼(hexagonal boron nitride，h-bn，也称白石墨烯)、过渡金属硫化物(transition metal dichachogenides，tmds，如二硫化钼mos2、ws2、wse2)、硅烯(silicene)、黑磷(black phosphorus)、层状超导氧化物(如nbse2、bscco)等，构建了一个完备的二维材料体系，为研究新型纳机电谐振器提供了全新的材料体系。以石墨烯为例，石墨烯只有一层或多层碳原子厚度，机械强度极高，电学性能优异，比表面积大，导热性能好，是后硅时代替代硅材料的备选方案。悬空石墨烯能够最大程度保留石墨烯的本征物理特性，其中悬空石墨烯压阻式压力传感器的灵敏度达到了传统硅压阻传感器的20倍。
3.悬空的原子级单层/少层二维材料薄膜破损严重导致成品率极低是制约悬空石墨烯应用的关键性难题。此外，高分子材料-二维材料异质薄膜应用中面临的关键问题是如何实现对高分子材料-二维材料复合异质薄膜的图形化。以pmma-石墨烯(缩写gra)异质薄膜为例，由于pmma是一种电子束光刻胶，与传统的紫外光刻工艺不兼容。如果使用电子束曝光方法，制备成本高且效率低下，无法满足低成本压力传感器的市场需求。
技术实现要素：
4.本发明提供一种悬空异质薄膜的图形化方法及压力传感器制备方法，用于克服现有技术中悬空二维材料易破损、成品率低、成本高等缺陷。
5.为实现上述目的，本发明提出一种悬空异质薄膜的图形化方法，包括以下步骤：
6.s1：取合适尺寸生长有单层或少层二维材料的基底。
7.s2：将所述基底固定于合适支撑平台上，将支撑平台固定于匀胶机上。
8.s3：在所述基底的二维材料上旋涂一层高分子支撑材料。
9.s4：取下基底，去除基底的边缘。
10.s5：将基底置于基底刻蚀溶液中，刻蚀去除生长二维材料的基底，获得漂浮在刻蚀液表面的复合异质薄膜。
11.s6：清洗所述复合异质薄膜，去除复合异质薄膜中二维材料表面的有机污染物和金属污染物。
12.清洗方法是，去离子水多次漂洗，然后转移至20:1:1体积比的h2o:h2o2:hcl溶液中漂洗约15分钟，转移至20:1:1体积比的h2o:h2o2:nh4oh溶液漂洗约15分钟，以上两步骤简称mrca清洁方法，最后转移至去离子水中多次漂洗；
13.s7：用预先制备的带空腔基底从去离子水中捞取复合异质薄膜，并将捞取了复合异质薄膜的带空腔基底倾斜静置，自然去水干燥。
14.s8：为去除薄膜与基底界面间残存的微量水分并使薄膜更加牢固贴合基底，对干燥后的捞取了复合异质薄膜的带空腔基底进行加热处理，得到悬空复合异质薄膜样品。
15.s9：在薄膜样品表面依次旋涂一层lor(行业惯用英文名称lift-off resist，剥离法光刻胶)层、一层与lor兼容的常规光刻胶层。
16.s10：曝光待刻蚀的薄膜样品图形，将薄膜样品浸入所述常规光刻胶的显影液中显影暴露待刻蚀区域。
17.s11：根据所述二维材料的类型，选用对应的等离子体，利用所述等离子体对薄膜样品的待刻蚀区域进行刻蚀。
18.s12：再次将薄膜样品浸入所述常规光刻胶的显影液中，溶解lor层。
19.s13：待lor层溶解完毕后，轻轻晃动样品以使原lor层上的常规光刻胶层完全剥离，释放图形化后的复合异质薄膜。
20.s14：将图形化后的复合异质薄膜转移至去离子水中清洗，再转移至低表面张力溶液中清洗并取出，氮气吹干，得到图形化薄膜。
21.优选地，在步骤s1中，所述二维材料为石墨烯、氮化硼、二硫化钼等过渡金属硫系化合物、黑磷、石墨相氮化碳、层状金属氧化物、层状双氢氧化物、层状金属碳化物、金属氮化物或金属氮氧化物复合二维材料、金属有机骨架材料、共价有机骨架材料、钙钛矿材料、贵金属过渡金属硫化物、碲烯、硒烯、硅烯、硼烯中的一种。
22.优选地，在步骤s1中，所述基底为铜基底、镍基底、氧化硅基底、石英基底、玻璃基底、硅基底、碳化硅基底、氮化硅、蓝宝石基底中的一种。
23.优选地，在步骤s3中，所述高分子支撑材料为甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate，缩写pmma)、聚甲基乙撑碳酸酯(polypropylene carbonate，缩写ppc)、聚碳酸酯(polycarbonate，缩写pc)、ethylene-vinyl acetate(缩写eva)、聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane，缩写pdms)中的一种。
24.优选地，在步骤s5中，若基底为铜基底、镍基底，则基底刻蚀溶液为fecl3,fe(no3)3或者(nh4)2s2o8溶液；
25.优选地，在步骤s5中，若基底为氧化硅基底、氮化硅、石英基底、玻璃基底，则基底刻蚀溶液为7:1nh4f/hf(简称boe溶液),或者1:1hf:hcl溶液或者49％ hf溶液；
26.优选地，在步骤s5中，若基底为硅基底，则基底刻蚀溶液为koh溶液；
27.优选地，在步骤s5中，若基底为蓝宝石基底，则基底刻蚀溶液为nh4oh:h2o2:h2o溶液；优选地，在步骤s7中，带空腔基底可以为硅基底、硅/氧化硅基底、石英基底、玻璃基底、碳化硅基底、氮化硅、蓝宝石基底、聚二甲基硅氧烷(pdms)基底、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)基底、聚酰亚胺(pi)基底、聚乙烯(pe)基底和聚氨酯(pu)基底的一种，空腔贯穿基底或者不贯穿具有一定深度均可。
28.优选地，在步骤s8中，所述加热处理具体为：
29.以0.1～10℃/min的升温速率从室温升温至40～60℃，在40～60℃下保温10～20min；
30.以0.1～10℃/min的升温速率从40～60℃升温至复合异质薄膜中高分子支撑材料
的玻璃态临界温度附近；
31.以0.1～10℃/min的降温速率降至室温。
32.优选地，在步骤s11中，若二维材料为石墨烯，则等离子体为氧等离子体；优选地，在步骤s11中，若二维材料为氮化硼、二硫化钼等过渡金属硫系化合物、黑磷、石墨相氮化碳、层状金属氧化物、层状双氢氧化物、层状金属碳化物、金属氮化物或金属氮氧化物复合二维材料、金属有机骨架材料、共价有机骨架材料、钙钛矿材料、贵金属过渡金属硫化物、碲烯、硒烯、硅烯、硼烯，则等离子体为chf3/o2混合气氛等离子体或者sf6/ar混合气氛等离子体；
33.优选地，在步骤s14中，所述低表面张力溶液为正己烷hexane溶液或者甲氧基九氟丁烷溶液(简称氟化液)。
34.为实现上述目的，本发明还提出一种压力传感器制备方法，包括如上述所述的图形化方法。
35.与现有技术相比，本发明的有益效果有：
36.本发明提供的悬空异质薄膜的图形化方法的所有步骤与当前cmos工艺完全兼容，在无需额外定制设备的基础上，可实现悬空二维材料结构的大规模流片制备以及成本削减；在方法实施过程中，二维材料全程被高分子支撑材料支撑和保护，有效避免实施过程中二维材料的破损。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
38.图1为实施例1中悬空异质薄膜的图形化方法流程图；
39.图2为实施例1中裁剪合适尺寸的某基底上生长有单层或少层的二维材料示意图；
40.图3为实施例1中采用胶带粘贴二维材料于载玻片示意图；
41.图4为实施例1中旋涂高分子支撑材料示意图；
42.图5为实施例1中匀胶后边缘裁剪示意图；
43.图6为实施例1中基底刻蚀示意图示意图；
44.图7为实施例1中2dmat/sp复合异质薄膜清洁示意图；
45.图8为实施例1中带空腔基底捞取2dmat/sp复合异质薄膜示意图；
46.图9为实施例1中控温烘烤示意图；
47.图10为实施例1中旋涂lor和常规光刻胶示意图；
48.图11为实施例1中lor和常规光刻胶曝光显影示意图；
49.图12为实施例1中二维材料图形化刻蚀示意图；
50.图13为实施例1中去除lor和常规光刻胶后图形化的二维材料示意图。
51.附图标记：1.生长有单层或少层二维材料的基底；2.二维材料；3.基底；4.胶带；5.载玻片；6.高分子材料；7.2dmat/sp复合异质薄膜；8.带空腔基底；9.空腔；10.常规光刻胶；11.lor。
52.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
53.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
54.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
55.无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。
56.实施例1
57.本实施例提供一种悬空异质薄膜的图形化方法，如图1所示，以石墨烯为例，具体包括如下步骤：
58.(1)如图2所示，用剪刀裁剪合适尺寸铜基底石墨烯1，其中2表示石墨烯，3表示铜基底；
59.(2)使用胶带沿基底边沿，将铜基底石墨烯1固定于合适支撑平台上(该支撑平台为合适于装载到匀胶机的洁净平坦平台，如载玻片)，如图3所示，其中，4表示胶带，5表示载玻片。将铜基底石墨烯载波片固定于匀胶机上，准备旋涂；
60.(3)通过控制高分子材料溶液的浓度和旋涂转速，在石墨烯上均匀旋涂几纳米至数十纳米厚度范围的超薄高分子材料(简称sp)，如图4所示，对于石墨烯，本实施例中选择聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)作为高分子材料，分子量为950000，溶剂为乙醚，浓度为2％，旋涂转速50转/min，旋涂厚度约为50nm；
61.(4)逆胶带粘贴顺序，使用镊子沿边缘，小心地剥离胶带，然后使用洁净的剪刀去除铜基底边缘，如图5所示；
62.(5)将铜基底置于基底刻蚀溶液刻蚀去除生长二维材料的基底，如图6所示，获得纳米级2dmat/sp薄膜，本实施例中置于铜基底刻蚀溶液刻蚀去除生长石墨烯的铜基底，获得纳米级gra/sp薄膜；
63.(6)清洗2dmat/sp薄膜7，去除2dmat/sp薄膜中二维材料表面有机和金属污染物，本实施例中为清洗gra/sp薄膜，去除gra/sp薄膜中石墨烯表面有机和金属污染物，如图7所示；
64.(7)用预先制备的带空腔基底8从去离子水(diw)中捞取2dmat/sp复合异质薄膜，本实施例中捞取gra/sp复合异质薄膜，并将捞取了复合异质薄膜的样品基底倾斜静置，薄膜低温自然去水干燥，如图8所示，空腔9如图所示；
65.(8)样品控温烘烤：升温过程中，先慢速升温至五十摄氏度附近软烘；然后，继续慢速升温至薄膜高分子材料的玻璃态临界温度附近；降温过程中，慢速降温至室温，不可快速冷却至室温，如图9所示；
66.(9)在样品表面旋涂一层lor11，然后再旋涂一层与lor兼容的常规光刻胶10，本实施例中，选择的常规光刻胶为az5214光刻胶，如图10所示；
67.(10)曝光待刻蚀的gra/sp复合异质薄膜图形，并浸入lor兼容的常规光刻胶显影液中，本实施例中使用的是az光刻胶显影液pd238,显影暴露将刻蚀的gra/sp复合异质薄膜区域，如图11所示；
68.(11)根据二维材料类型，选用对应的等离子体，刻蚀显影区域的2dmat/sp复合异质薄膜，本实施例中，石墨烯刻蚀选择氧等离子体，氧等离子体刻蚀显影区域的gra/sp复合异质薄膜，如图12所示；
69.(12)等离子刻蚀完毕后，再次将样品浸入lor兼容的常规光刻胶显影液中，溶解lor牺牲层，本实施例中选择的是az光刻胶显影液pd238；
70.(13)待lor牺牲层溶解完毕后，轻轻晃动样品，使原lor牺牲层上面的常规光刻胶层完全剥离，得到图形化后的gra/sp复合异质薄膜的释放，如图13所示；
71.(14)将样品转移至diw中清洗，转移至低表面张力溶液中清洗并取出，氮气吹干，得到图形化的悬空二维材料薄膜。
72.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。