PROCEDIMIENTO DE TRANSFERENCIA DE NANOCAPAS Y APARATO DE REALIZACIÓN DEL MISMO.

Procedimiento de transferencia de nanocapas y aparato de realización del mismo, que se refiere a un procedimiento para la transferencia de una nanocapa

(9) desde un soporte inicial (6) a un substrato final (14), y a un aparato para realizar dicha transferencia. El procedimiento comprende a) introducir dicha nanocapa (9) adherida en su cara inferior a un soporte inicial (6) en un líquido (13), dicho líquido (13) contenido en un primer recipiente (8) cuya cara interior comprende un recubrimiento (11) hidrófilo y cargado eléctricamente; b) separar la nanocapa (9) del soporte inicial (6); y c) retirar el líquido (13) hasta depositar la nanocapa (9) sobre un substrato final (14). De esta forma se consiguen transferir nanocapas de materiales como el grafeno, el nitruro de boro, el disulfuro de molibdeno u otras capas bidimensionales sin dañarlas, además de permitir la transferencia a substratos finales arbitrarios, flexibles o rígidos.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201331701.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: BOSCÁ MOJENA,Alberto, PEDROS AYALA,Jorge, MARTÍNEZ RODRIGO,Javier, CALLE GÓMEZ,Fernando, PALACIOS GUTIÉRREZ,Tomás.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > CRECIMIENTO DE CRISTALES > CRECIMIENTO DE MONOCRISTALES (por sobrepresión,... > C30B33/00 (Tratamiento posterior de monocristales o de materiales policristalinos homogéneos de estructura determinada (C30B 31/00  tiene prioridad))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > CRECIMIENTO DE CRISTALES > CRECIMIENTO DE MONOCRISTALES (por sobrepresión,... > C30B35/00 (Aparatos no previstos en otro lugar, especialmente adaptados para la ejecución de los procesos de crecimiento, producción o tratamiento posterior de monocristales o de materiales policristalinos homogéneos de estructura determinada)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > NANOTECNOLOGIA > USOS O APLICACIONES ESPECIFICOS DE NANOESTRUCTURAS;... > B82Y40/00 (Fabricación o tratamiento de nanoestructuras)
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PROCEDIMIENTO DE TRANSFERENCIA DE NANOCAPAS Y APARATO DE REALIZACIÓN DEL MISMO.

Fragmento de la descripción:

Campo de la Invención La presente invención describe un procedimiento de transferencia de nanocapas de grafeno, nitruro de boro, disulfuro de molibdeno, dicalcógenos u otro material, generalmente, de estructura bidimensional desde un soporte inicial a un substrato final mediante el control de un líquido sobre el que flota la nanocapa, así como los aparatos necesarios para su realización.

Estado de la técnica Las nanocapas de materiales bidimensionales, como el grafeno, el nitruro de boro hexagonal (hBN) o el disulfuro de molibdeno (MoS2) , debido a propiedades físicas intrínsecas a su dimensionalidad, tienen un futuro prometedor en los campos de la electrónica, la óptica o la energía. Uno de los principales problemas tecnológicos relacionados con su utilización es su transferencia del soporte inicial de crecimiento al substrato final, debido a que el procedimiento puede romper o dañar la nanocapa. Es posible hacer un procedimiento de transferencia tipo roll-to-roll como se describe en las patentes US20120258311 , US20110315657, pero implica el uso de substratos finales flexibles. Otros procedimientos se llevan a cabo de forma manual, generando variabilidad en la calidad de la nanocapa final. Por ejemplo, en el documento US201 00143726 se describe un procedimiento en el que se deposita la nanocapa unida a un material protector sobre un substrato sin que exista mecanismo alguno para controlar la colocación de la nanocapa sobre el substrato final, dando lugar a un problema de variabilidad en la posición en la que la nanocapa queda finalmente depositada sobre el substrato final. En el documento anterior tampoco se detalla ningún método de modificación gradual del líquido que evite posibles daños a la nanocapa durante el proceso de transferencia.

Breve Descripción de la Invención Los inventores han desarrollado un procedimiento y aparato que resuelven los problemas anteriormente indicados proporcionando medios para una mejor transferencia de nanocapas a los substratos finales. Mediante el procedimiento y aparato de la invención se elimina la variabilidad generada por el procedimiento manual y se añade el uso de substratos arbitrarios, incluidos substratos flexibles o rígidos, como el óxido de silicio sobre silicio dopado u obleas de silicio parcialmente procesadas.

Así, de acuerdo con un primer aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para la transferencia de una nanocapa (9) caracterizado porque comprende:

a. introducir dicha nanocapa (9) adherida en su cara inferior a un soporte inicial

(6) en un líquido (13) , dicho líquido (13) contenido en un primer recipiente (8) cuya cara interior comprende un recubrimiento (11 ) hidrófilo y cargado eléctricamente;

b. separar la nanocapa (9) del soporte inicial (6) ;

c. retirar el líquido (13) hasta depositar la nanocapa (9) sobre un substrato final (14) .

Un segundo aspecto de la invención se refiere a un aparato para la transferencia de una nanocapa (9) desde un soporte inicial (6) a un substrato final (14) que comprende un primer recipiente (8) adaptado para alojar un líquido inicial (13) , comprendiendo la cara interior de dicho primer recipiente (8) un recubrimiento (11) hidrófilo y cargado eléctricamente, medios para la retirada de dicho líquido (13) y un portasubstrato (15) configurado para acoger dicho substrato final (14) .

Una de las ventajas de la presente invención es la transferencia de la nanocapa (9) al substrato final (14) con una mayor calidad y menor variabilidad en los resultados. Así, un tercer aspecto de la invención se refiere a un substrato final (14) que comprende una nanocapa (9) , fabricado según el procedimiento de la invención. Estos substratos finales (14) de la invención son especialmente ventajosos en el caso de los substratos finales (14) rígidos, para los cuales los métodos existentes de transferencia de nanocapas (9) se realizan de forma manual y, debido a ello, con mayor variabilidad en la calidad de la nanocapa (9) sobre el substrato final (14) .

Breve Descripción de las Figuras FIG.1 A muestra un diagrama de los elementos que intelVienen en el procedimiento durante la etapa a. FIG.1 B muestra un diagrama una vez finalizada la etapa b. en donde la nanocapa (9) está liberada del soporte inicial (6) , flotando en el líquido (13) . FIG.1 e muestra un diagrama en el que se disminuye el nivel del líquido (13) .

FIG.1D muestra un diagrama en el que el líquido (13) es retirado completamente y la nanocapa (9) se transfiere al substrato final (14) . FIG.1 E muestra un diagrama en el que se retira la capa protectora (7) fuera del sistema de transferencia. FIG.2A muestra un diagrama en el que el substrato final (14) encajado en el portasubstrato (15) se alinea con los medios de elevación (12) . FIG.2B muestra un diagrama en el que el portasubstrato (15) se introduce en la oquedad entre los medios de elevación (12) y el fondo del segundo recipiente (16) . FIG.2C muestra un diagrama en el que el portasubstrato (15) se alinea con el primer recipiente (8) para que la transferencia final se realice sobre el substrato (14) . FIG.3A muestra un diagrama con los elementos del aparato de transferencia. FIG.3B muestra un diagrama con la disposición de los elementos en el aparato de transferencia. FIGAA muestra un diagrama de la vista frontal del sensor de proximidad (21) respecto al segundo recipiente (16) . FIGAB muestra un diagrama de la vista lateral del sensor de proximidad (21) respecto al segundo recipiente (16) . FIGAC muestra un diagrama de la vista superior del sensor de proximidad (21) respecto al segundo recipiente (16) .

Descripción Detallada de la Invención Por "nanocapa" en la presente invención se entiende una capa de material de hasta 1 00 nanómetros de espesor de una o varias capas de grafeno, nitruro de boro hexagonal, disulfuro de molibdeno u otro material bidimensional o compuesto de materiales bidimensionales. En una realización particular la nanocapa tiene espesor de entre 0, 1 Y 20 nanómetros. En otra realización entre 0, 2 y 2 nanómetros, en otra entre 0, 2 y 1 nanómetro. En otra realización particular, la nanocapa tiene entre 1 y 10 nanómetros, preferiblemente un espesor menor de 10 nanómetros. Alternativamente, la nanocapa tiene un espesor menor de 5 nanómetros.

Aparato para transferir la nanocapa Los medios para la retirada del líquido (13) admiten diversas configuraciones y materiales. En una realización preferida, dichos medios comprenden al menos una conducción conectada en un primer extremo al líquido (13) alojado en el primer recipiente (8) y en un segundo extremo a una primera bomba configurada para conducir dicho líquido (13) a un recipiente de recogida (32) . Por tanto, dichos medios no requieren ninguna configuración especial más que el soportar el contacto con el líquido (13) . Por ejemplo, en el caso de que el líquido (13) tenga naturaleza ácida, preferiblemente los medios de retirada del líquido

(13) comprenden tubos de silicona resistentes a clorhídrico en altas concentraciones, por ejemplo al 20% en volumen. Los medios para la retirada del líquido (13) también pueden comprender una segunda bomba configurada para introducir líquidO (13) en dicho primer recipiente (8) . Preferiblemente dichas primera y segunda bombas son bombas peristálticas

(28) y (27) , pero se puede utilizar otro tipo de bomba de similares características, como bombas de membrana.

En una realización preferida, dicho primer recipiente (8) se encuentra dentro de un segundo recipiente (16) conectados de forma que el líquido (13) ocupa ambos recipientes y el primer extremo de los medios para la retirada del líquido (13) está conectado a dicho segundo recipiente (16) .

El acoplamiento del primer recipiente (8) a...

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la transferencia de una nanocapa (9) caracterizado porque comprende: a.introducir dicha nanocapa (9) adherida en su cara inferior a un soporte inicial

(6) en un liquido (13) , dicho liquido (13) contenido en un primer recipiente (8) cuya cara interior comprende un recubrimiento (11 ) hidrófilo y cargado eléctricamente;

b.separar la nanocapa (9) del soporte inicial (6) ; e.retirar el líquido (13) hasta depositar la nanocapa (9) sobre un substrato final (14) .

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la nanocapa (9) comprende en su cara superior una capa protectora (7) dotada de carga electrostática.

3. El procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicha capa protectora (7) se selecciona del grupo que consiste en poli (metil metacrilato) , cinta adhesiva, pegamento, policarbonato y fotorresina.

4. El procedimiento según cualquiera de las etapas anteriores en el que la separación de la nanocapa (9) del soporte inicial (6) en la etapa b. se produce mediante ataque químico al soporte inicial (6) .

5. El procedimiento según la reivindicación 4, en el que el soporte inicial (6) es un metal y se separa de la nanocapa (9) eligiendo como líquido (13) uno seleccionado del grupo que consiste en una disolución de FeCIJ, una disolución de NaOH, una disolución de HCI y una disolución de HCI con CUS04.

6. El procedimiento según la reivindicación 5, en el que el soporte inicial (6) se selecciona del grupo que consiste en Cu, Ni, Ru, Pt y Al.

7. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que antes de la etapa c., se modifica la composición del líquido (13) .

8. El procedimiento según la reivindicación 7, en el que se modifica la composición del líquido (13) diluyendo con agua desionizada.

9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la nanocapa (9) es una o varias capas de un material que se selecciona del grupo formado por el grafeno, el nitruro de boro y el disulfuro de molibdeno.

10. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el substrato final (14) se sumerge al principio del procedimiento.

11. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la superficie del substrato final (14) se trata con un potenciador de la adhesión.

12. El procedimiento según la reivindicación 11 , en el que dicho potenciador de la adhesión es 3-aminopropiltrietoxisilano.

13. Aparato para la transferencia de una nanocapa (9) desde un soporte inicial (6) a un substrato final (14) que comprende un primer recipiente (8) adaptado para alojar un líquido inicial (13) , comprendiendo la cara interior de dicho primer recipiente (8) un recubrimiento (11) hidrófilo y cargado eléctricamente, medios para la retirada de dicho líquido (13) y un portasubstrato (15) configurado para acoger dicho substrato final (14) .

14. Un aparato según la reivindicación 13, en el que dichos medios para la retirada del líquido (13) , comprenden al menos una conducción conectada en un primer extremo al líquido (13) alojado en el primer recipiente (8) y en un segundo extremo a una primera bomba configurada para conducir dicho líquido (13) a un recipiente de recogida (32) .

15. Un aparato según la reivindicación 14, en el que dicha conducción está también conectada a una segunda bomba configurada para introducir un líquido (13) en dicho primer recipiente (8)

16. Un aparato según cualquiera de las rei vindicaciones 13 a 15, en el que dicho primer recipiente (8) se encuentra dentro de un segundo recipiente (16) conectados de forma que el líquida (13) ocupa ambos recipientes y el primer extremo de los medios para la retirada del líquido (13) está conectado a dicho segundo recipiente (16) .

17.Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, que comprende uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en:

a. medios de control de temperatura;

b. un sistema sensor de distancia;

c. medios de control de flujo de un líquido; y

d. medios de secado.

18. Un aparato según la reivindicación 17, que comprende medios de control conectados a uno o más de dichos elementos seleccionados del grupo que consiste en los medios de control de la temperatura, sistema sensor de distancia, medios de control de flujo de un líquido o medios de secado.

19. Un aparato según cualquiera de las rei vindicaciones 13 a 18, en donde dicho primer recipiente (8) está acoplado a medios de elevación (12) configurados para generar una oquedad bajo dicho primer recipiente (8) que permita cargar un portasubstrato

(15) con el substrato final (14) . 14

20. Un substrato final (14) que comprende una nanocapa (9) fabricado según el procedimiento definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.

. Un substrato final (14) según la reivindicación 20, que comprende dos o más nanocapas (9) fabricadas de modo secuencial según el procedimiento definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.