一种二维材料干法转移对准方法及系统与流程

本技术涉及二维材料加工，尤其是涉及到一种二维材料干法转移对准方法及系统。

背景技术：

1、二维材料是指厚度在单个原子或几个原子的尺度，而长度和宽度可以形成一定面积的薄片结构材料。例如，石墨烯、六方氮化硼（hbn）、mos2、ws2、wse2、黑磷等。二维材料的电子被束缚在二维平面内，使得二维材料的电子只能在平面内自由运动，而在厚度方向上运动受到量子力学的限制，获得超快响应速度和极低功耗，因此二维材料可以用于电子芯片、光电传感、能源设备等相关领域。

2、通过将不同的二维材料进行精确堆叠，可以形成二维材料异质结。二维材料异质结的堆叠界面具有可控性。例如，可以将mos2、wse2、hbn、石墨烯等材料按照不同顺序堆叠起来，形成整流结、隧穿结、光电探测器、场效应晶体管等电子器件。而构建上述二维材料异质结的堆叠结构，可以采用干法转移技术。干法转移技术是指利用高分子聚合物等固态媒介的粘附力，将二维材料从其生长或原始基底上揭起，并贴放到目标基底上的高精度转移方法。

3、二维材料异质结的干法转移过程可依赖人工观察和人工对位，操作员在显微镜下凭经验判断二维材料的位置、形状、边界和目标区域，然后手动调节平台完成对准。但是，由于干法转移过程对位精度依赖人工经验，导致转移重复性较差，并且每一次转移都需要人工寻找、判断、移动、微调，会降低转移效率，不利于批量器件制备。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术实施例提供一种二维材料干法转移对准方法及系统，以解决二维材料干法转移效率低的问题。

2、根据本技术的第一方面，提供一种二维材料干法转移对准方法，所述方法包括：

3、获取底层二维材料的第一形貌图像，所述第一形貌图像为将底层二维材料转移至目标衬底上后采集获得的图像；

4、在所述第一形貌图像中提取第一位置参数，所述第一位置参数用于表征所述底层二维材料在所述目标衬底上的几何关系；

5、获取待转移顶层二维材料的第二形貌图像，以及在所述第二形貌图像中提取第二位置参数，所述第二位置参数用于表征所述待转移顶层二维材料在转移介质上的几何关系；

6、基于所述第一位置参数和所述第二位置参数建立目标堆叠关系，所述目标堆叠关系用于确定将所述待转移顶层二维材料转移到所述底层二维材料时的堆叠位置和/或堆叠角度；

7、根据所述目标堆叠关系计算转移路径参数，所述转移路径参数用于控制转移平台按照所述转移路径参数移动所述待转移顶层二维材料。

8、在一些实施例中，获取底层二维材料的第一形貌图像，包括：

9、获取针对所述底层二维材料采集获得的多源图像集合，所述多源图像集合包括光学显微扫描图像、共聚焦扫描图像、激光轮廓扫描图像、白光干涉扫描图像、afm扫描图像以及机器视觉成像扫描图像中的至少一种；

10、计算所述多源图像集合中每个图像的清晰度；

11、根据所述清晰度在所述多源图像集合中筛选所述第一形貌图像，所述第一形貌图像为所述多源图像集合中清晰度最高的图像。

12、在一些实施例中，在所述第一形貌图像中提取第一位置参数，包括：

13、在所述第一形貌图像中识别几何特征，所述几何特征包括中心点、边界、顶点、长轴、转角识别点以及标记点中的至少一种；

14、遍历所述第一形貌图像的像素点坐标；

15、根据所述像素点坐标和所述几何特征对应的特征点坐标计算所述第一位置参数。

16、在一些实施例中，在所述第一形貌图像中识别几何特征，包括：

17、调用图像识别模型，所述图像识别模型为使用样本形貌图像训练获得的视觉模型；

18、将所述第一形貌图像输入所述图像识别模型，以获得所述图像识别模型输出的几何特征标记；

19、按照所述几何特征标记提取特征点坐标，所述特征点坐标用于与所述第一形貌图像的像素点坐标结合计算所述第一位置参数。

20、在一些实施例中，基于所述第一位置参数和所述第二位置参数建立目标堆叠关系，包括：

21、根据所述第一位置参数，在所述第一形貌图像中提取至少两个第一定位点；

22、根据所述第二位置参数，在所述第二形貌图像中提取至少两个第二定位点，所述第二定位点为与所述第一定位点同类型的几何特征点；

23、对所述第二形貌图像执行坐标变换，以将所述第一定位点对齐所述第二定位点；

24、在坐标变换后的第二形貌图像中提取第三位置参数；

25、根据所述第三位置参数计算所述目标堆叠关系。

26、在一些实施例中，根据所述目标堆叠关系计算转移路径参数，包括：

27、基于所述目标堆叠关系和所述第二位置参数计算转移目标位置；

28、根据所述第二位置参数和所述转移目标位置规划最佳转移路径；

29、获取转移平台的当前动作状态；

30、按照所述当前动作状态，将所述最佳转移路径分解为多个分解路径；一个所述分解路径对应一个转移动作；所述转移动作包括动作类型和动作参数；

31、使用所述转移平台的控制参数格式，将多个所述转移动作记录为所述转移路径参数。

32、在一些实施例中，所述方法还包括：

33、根据所述转移路径参数确定所述转移平台的执行部件，所述执行部件包括位移台、旋转台、z轴平台和加热台中的至少一个；

34、按照所述执行部件和所述转移路径参数生成转移控制指令集合，所述转移控制指令集合包括至少一个转移控制指令，所述转移控制指令用于控制所述执行部件执行转移动作；

35、将所述转移控制指令集合发送给所述转移平台，以使所述转移平台按照所述转移路径参数移动所述待转移顶层二维材料。

36、在一些实施例中，所述方法还包括：

37、获取校正图像，所述校正图像包括所述待转移顶层二维材料对准所述底层二维材料时的接触前图像和/或接触后图像；

38、从所述校正图像中提取第四位置参数，以及根据所述目标堆叠关系确定理想位置参数；

39、基于所述第四位置参数和所述理想位置参数，计算校正偏差，所述校正偏差包括所述第四位置参数中的位置参数相对于所述理想位置参数中的同一类型参数项的偏移量；

40、根据所述校正偏差调整所述转移路径参数。

41、在一些实施例中，所述第一位置参数包括中心坐标、边界轮廓、特征顶点坐标、长轴方向、转角方向、边缘方向以及预设标记点位置中的至少一种；所述第二位置参数与所述第一位置参数的参数项相同；

42、所述目标堆叠关系包括重叠面积、中心点对齐方式、边缘对齐方式、特定顶点对齐方式旋转角关系以及晶向关系中的至少一种；

43、所述转移路径参数包括平移补偿量、旋转补偿角、接近路径以及最终接触位置中的至少一种。

44、根据本技术的第二方面，提供一种二维材料干法转移对准系统，所述系统包括：

45、图像采集模块，用于获取底层二维材料的第一形貌图像，所述第一形貌图像为将底层二维材料转移至目标衬底上后采集获得的图像；

46、第一位置提取模块，用于在所述第一形貌图像中提取第一位置参数，所述第一位置参数用于表征所述底层二维材料在所述目标衬底上的几何关系；

47、第二位置提取模块，用于获取待转移顶层二维材料的第二形貌图像，以及在所述第二形貌图像中提取第二位置参数，所述第二位置参数用于表征所述待转移顶层二维材料在转移介质上的几何关系；

48、堆叠关系构建模块，用于基于所述第一位置参数和所述第二位置参数建立目标堆叠关系，所述目标堆叠关系用于确定将所述待转移顶层二维材料转移到所述底层二维材料时的堆叠位置和/或堆叠角度；

49、路径参数计算模块，用于根据所述目标堆叠关系计算转移路径参数，所述转移路径参数用于控制转移平台按照所述转移路径参数移动所述待转移顶层二维材料。

50、根据本技术的第三方面，提供一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述二维材料干法转移对准方法。

51、根据本技术的第四方面，提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述二维材料干法转移对准方法。

52、借由上述技术方案，本技术实施例提供一种二维材料干法转移对准方法及系统，所述方法先获取底层二维材料的第一形貌图像和待转移顶层二维材料的第二形貌图像，并分别在第一形貌图像中提取第一位置参数，以及在第二形貌图像中提取第二位置参数。再基于第一位置参数和第二位置参数建立目标堆叠关系，确定将待转移顶层二维材料转移到底层二维材料时的堆叠位置和堆叠角度。然后根据目标堆叠关系计算转移路径参数。所述方法可以基于底层二维材料和待转移顶层二维材料的位置和形貌信息，计算转移过程的平移、旋转和接近方式，从而控制转移平台按照计算出的路径执行转移，实现自动化、可重复的二维材料对准转移，提高二维材料干法的转移效率。

53、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。