(57)【要約】【課題】二次元原子薄膜を効率よく利用することができるとともに、複数種類の二次元原子薄膜を積層してファンデアワールスヘテロ構造を短時間で容易に、かつ、確実に作製することが可能なようにする。【解決手段】第１の基板上に二次元原子薄膜を形成し、第２の基板上に接着性樹脂の微細滴を形成し、第１の基板上に形成された二次元原子薄膜を、第２の基板上に形成された接着性樹脂の微細滴に順次転写して複数の二次元原子薄膜を積層し、積層された複数の二次元原子薄膜を第３の基板上に転写して、複数の二次元原子薄膜が積層されたファンデアワールスヘテロ構造を第３の基板上に作製することを含む。【選択図】図１
2015231682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板上に二次元原子薄膜を形成し、
第２の基板上に接着性樹脂の微細滴を形成し、
前記第１の基板上に形成された二次元原子薄膜を、前記第２の基板上に形成された接着性樹脂の微細滴に順次転写して複数の二次元原子薄膜を積層し、
積層された複数の二次元原子薄膜を第３の基板上に転写して、
複数の二次元原子薄膜が積層されたファンデアワールスヘテロ構造を前記第３の基板上に作製すること、
を含むことを特徴とするファンデアワールスヘテロ構造の作製方法。
【請求項２】
前記第１の基板上に形成された二次元原子薄膜を、前記第２の基板上に形成された接着性樹脂の微細滴に順次転写するときには、該微細滴を第１の加熱温度に加熱し、
積層された複数の二次元原子薄膜を第３の基板上に転写するときには、前記微細滴を前記第１の加熱温度より高い第２の加熱温度に加熱する請求項１に記載のファンデアワールスヘテロ構造の作製方法。
【請求項３】
前記第１の加熱温度は前記接着性樹脂のガラス転移点より低く、前記第２の加熱温度は前記ガラス転移点より高い請求項２に記載のファンデアワールスヘテロ構造の作製方法。
【請求項４】
前記二次元原子薄膜は複数の小片に分かれて前記第１の基板上に形成され、
前記小片は、１つずつ、前記第２の基板上に形成された接着性樹脂の微細滴に転写される請求項１〜３のいずれか１項に記載のファンデアワールスヘテロ構造の作製方法。
【請求項５】
前記第２の基板は透明である請求項４に記載のファンデアワールスヘテロ構造の作製方法。
【請求項６】
常温常湿常圧の環境下で行われる請求項１〜５のいずれか１項に記載のファンデアワールスヘテロ構造の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファンデアワールスヘテロ構造の作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、革新的な電子デバイス等を得るために、グラフェン、その他の複数種類の二次元原子薄膜を積層してファンデアワールスヘテロ構造を作製することが提唱されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
そして、二次元原子薄膜を一原子層毎に積層してファンデアワールスヘテロ構造を作製する方法として、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン：polydimethylsiloxane）／ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル：polyvinyl chloride）から成る有機膜をＳｉ／ＳｉＯ2 から成る基板上に形成された二次元原子薄膜に押し当て、該二次元原子薄膜を、順次、有機膜に転写する方法が提案されている（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００４】
これにより、基板上に形成された、例えば、窒化ホウ素／グラフェン／窒化ホウ素（ＢＮ−Ｇ−ＢＮ）のファンデアワールスヘテロ構造を得ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】A.K.Geim, I.V. Grigorieva,“Van der Waals heterostructures”,Nature, vol.499, 25 July 2013, pp.419-425.
【非特許文献２】L.Wang, I.Meric, P.Y.Huang, Q.Gao, Y.Gao, H.Tran, T.Taniguchi, K.Watanabe, L.M.Campos, D.A.Muller, J.Guo, P.Kim, J.Hone, K.L.Shepard, and C.R.Dean, “One-Dimensional Electrical Contact to a Two-Dimensional Material”,  Science, vol.342, 1 November 2013, pp.614-617
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来のファンデアワールスヘテロ構造の作製方法では、基板と有機膜との接触面積を二次元原子薄膜と同程度のサイズにまで縮小することができないので、基板上に形成された二次元原子薄膜を有機膜に転写する際に、対象外の二次元原子薄膜が破壊され、基板上に形成された二次元原子薄膜を効率よく利用することができない。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解決して、第１の基板上に形成された二次元原子薄膜を、第２の基板上に形成された接着性樹脂の微細滴に順次転写して積層させた後に、積層された二次元原子薄膜を第３の基板上に転写することによって、第１の基板上に形成された二次元原子薄膜を効率よく利用することができるとともに、複数種類の二次元原子薄膜を積層してファンデアワールスヘテロ構造を短時間で容易に、かつ、確実に作製することが可能なファンデアワールスヘテロ構造の作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そのために、本発明のファンデアワールスヘテロ構造の作製方法においては、第１の基板上に二次元原子薄膜を形成し、第２の基板上に接着性樹脂の微細滴を形成し、前記第１の基板上に形成された二次元原子薄膜を、前記第２の基板上に形成された接着性樹脂の微細滴に順次転写して複数の二次元原子薄膜を積層し、積層された複数の二次元原子薄膜を第３の基板上に転写して、複数の二次元原子薄膜が積層されたファンデアワールスヘテロ構造を前記第３の基板上に作製することを含む。
【０００９】
本発明の他のファンデアワールスヘテロ構造の作製方法においては、さらに、前記第１の基板上に形成された二次元原子薄膜を、前記第２の基板上に形成された接着性樹脂の微細滴に順次転写するときには、該微細滴を第１の加熱温度に加熱し、積層された複数の二次元原子薄膜を第３の基板上に転写するときには、前記微細滴を前記第１の加熱温度より高い第２の加熱温度に加熱する。
【００１０】
本発明の更に他のファンデアワールスヘテロ構造の作製方法においては、さらに、前記第１の加熱温度は前記接着性樹脂のガラス転移点より低く、前記第２の加熱温度は前記ガラス転移点より高い。
【００１１】
本発明の更に他のファンデアワールスヘテロ構造の作製方法においては、さらに、前記二次元原子薄膜は複数の小片に分かれて前記第１の基板上に形成され、前記小片は、１つずつ、前記第２の基板上に形成された接着性樹脂の微細滴に転写される。
【００１２】
本発明の更に他のファンデアワールスヘテロ構造の作製方法においては、さらに、前記第２の基板は透明である。
【００１３】
本発明の更に他のファンデアワールスヘテロ構造の作製方法においては、さらに、常温常湿常圧の環境下で行われる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ファンデアワールスヘテロ構造の作製方法においては、第１の基板上に形成された二次元原子薄膜を、第２の基板上に形成された接着性樹脂の微細滴に順次転写して積層させた後に、積層された二次元原子薄膜を第３の基板上に転写する。これにより、第１の基板上に形成された二次元原子薄膜を効率よく利用することができるとともに、複数種類の二次元原子薄膜を積層してファンデアワールスヘテロ構造を短時間で容易に、かつ、確実に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態における透明基板及び試料基板を準備する方法を示す概念図である。
【図２】本発明の実施の形態における試料基板上に形成された試料を示す概念図である。
【図３】本発明の実施の形態における試料の転写積層に使用される装置の要部を示す概念図である。
【図４】本発明の実施の形態における試料を微細滴に転写積層する方法を示す第１の概念図である。
【図５】本発明の実施の形態における試料を微細滴に転写積層する方法を示す第２の概念図である。
【図６】本発明の実施の形態における試料の積層体を支持基板に転写する方法を示す概念図である。
【図７】本発明の実施の形態における試料の積層体の光学顕微鏡写真である。
【図８】本発明の実施の形態における試料の小片の積層体の原子間力顕微鏡写真であって図７におけるＤ部拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態における透明基板及び試料基板を準備する方法を示す概念図、図２は本発明の実施の形態における試料基板上に形成された試料を示す概念図である。なお、図１において、（ａ−１）及び（ａ−２）は透明基板を準備する各工程を示す図、（ｂ−１）及び（ｂ−２）は試料基板を準備する各工程を示す図である。
【００１８】
図において、１２は、本実施の形態における第２の基板としての透明基板であり、具体的には、透明なガラス板から成る。また、２５ａは、前記透明基板１２上に滴下された溶剤に溶解させた接着性樹脂の微細滴であり、具体的には、図１（ａ−１）に示されるように、先鋭な先端を備える棒状部材１６の表面を伝うように溶剤に溶解させた接着性樹脂を流下させ、前記棒状部材１６の先端から前記透明基板１２の表面上に滴下させることにより形成する。
【００１９】
そして、前記透明基板１２は、図１（ａ−２）に示されるように、所定の温度に加熱された加熱装置としてのホットプレート３１上に載置され、加熱される。これにより、前記微細滴２５ａに含まれる溶剤が蒸発して飛散するので、溶剤を含まない接着性樹脂の微細滴２５を得ることができる。なお、図１（ａ−１）及び（ａ−２）に示される工程は、常温常湿常圧であって特段の清浄度レベル管理が行われていない環境下で行うことができる。
【００２０】
また、１１は、第１の基板としての試料基板であり、具体的には、Ｓｉ又はＳｉＯ2 から成る基板であるが、いかなる種類の材料から成るものであってもよい。図１（ｂ−１）に示されるように、前記試料基板１１は、例えば、ピラニア洗浄と称される硫酸過酸化水素水による洗浄を行うことによって、表面洗浄が行われたものが使用される。
【００２１】
続いて、図１（ｂ−２）に示されるように、セロハンテープ等から成る粘着テープ１５の表面に付着する試料２１を前記試料基板１１の乾燥した表面に転写して貼（は）り付ける。これにより、図２に示されるように、試料基板１１の表面に形成された複数の試料２１の小片を得ることができる。なお、図１（ｂ−１）及び（ｂ−２）に示される工程は、常温常湿常圧であって特段の清浄度レベル管理が行われていない環境下で行うことができる。
【００２２】
また、前記試料２１は、「背景技術」の項においても説明したように、ファンデアワールスヘテロ構造を作製することができるグラフェン（Graphene）、窒化ホウ素（h-BN）等の二次元原子薄膜であるが、該二次元原子薄膜の構成材料は、いかなる種類のものであってもよい。
【００２３】
なお、ファンデアワールスヘテロ構造を作製することができる二次元原子薄膜としては、グラフェン及び窒化ホウ素の他に、次の表１に示されるような物質が利用可能であり（例えば、非特許文献１及び３参照。）、前記試料２１はいずれであってもよい。
【００２４】
（表１）
FeBr3, (CaSr)2Nb3O10, Ag2ReCl6, AlCl2, BaIF, BCN, Bi14Te13S8, Bi2Se3, Bi2Te3, Bi4Ti3O12, BiIO, BSCCO, Ca2Ta2TiO10, CdI2, CoTe2, CrS2, CrSe2, CrSiTe3, CrTe2, Cu2S, CuS, Eu(OH)2, FePSe3, FeS, FeSe, FeTe, FeTeSe, Fulorinated Graphene, GaS, GaSe, GaTe, Germanene, Graphene Oxide, HfS2, HfSe2, HfTe2, HgI2, Hydrogenated Graphene, Bi2Se3, In2Se3, IrTe2, IYGa, KC6FeO3N3, LaNb2O7, Layered CuO, LiFeAs, MgBr2, MgI2, MgPSe3, Mica, MnO2, MoO3, MoS2, MoSe2, MoTe2, MoWSe2, Bi2Se3, MoSe2, WS2, WSe2, NbS2, NbSe2, NbTe2, Ni(OH)2, Ni2Te2Sb, NiSe2, NiTe2, P2AgSe6Bi, P2CuSe6Bi, Pb3Sn4Sb2FeS14, Pb5Sn3Sb2S13, PbBi2Te4, PbIF, PbO, PbSb2Te4, PbSnS2, PdS2, PdSe2, PdTe2, PFeLi, PTe2Ti2, PtS2, PtSe2, PtTe2, ReS2, ReSe2, RhTe2, RuO2, Sb2Ge2Te5, SbSiNi, ScP2AgSe6, SiTe2, SnS2, SnSe2, SnTe3, SrIF, TaO3, TaS2, TaSe2, TaTe2, TcS2, TiO2, TiS2, TiSe2, TiTe2, V2O5, VBr2, VCl2, VI2, VS2, VSe2, VTe2, WO3, WS2, WSe2, WTe2, YI3, YS2, Zn2In2S5, ZnIn2S4, ZrClN, ZrS2, ZrSe2, ZrTe2 
【００２５】
【非特許文献３】S. Lebegue et al., PRX 3, 031002 (2013)
【００２６】
また、これらの二次元原子薄膜は、一原子層の薄膜に限定されることなく、二以上の原子層から成る複数原子層の薄膜であってもよい。
【００２７】
本発明の発明者は、グラフェン及び六方晶系の窒化ホウ素から成る薄膜を試料２１として使用したので、本実施の形態においては、前記試料２１がグラフェン及び六方晶系の窒化ホウ素、すなわち、h-BNである場合であって、薄膜である場合についてのみ説明する。これ以降、グラフェンとh-BNとを識別して説明する場合には、それぞれ、試料２１ａ及び２１ｂとして説明し、グラフェンとh-BNとを統合的に説明する場合には、試料２１として説明する。また、試料基板１１も、同様に、グラフェンとh-BNとが転写された状態を識別して説明する場合には、それぞれ、試料基板１１ａ及び１１ｂとして説明し、統合的に説明する場合には、試料基板１１として説明する。
【００２８】
そして、前記試料２１がグラフェンである場合、グラファイト（黒鉛）結晶の表面に粘着テープ１５の粘着面、すなわち、表面を貼り付けた後、前記粘着テープ１５を引き剥（は）がすと、図１（ｂ−３）に示されるように、該粘着テープ１５の表面に一原子層の薄膜であるグラフェンが付着すること、及び、グラフェンが付着した粘着テープ１５の表面をＳｉ又はＳｉＯ2 から成る試料基板１１の表面に貼り付けると、該試料基板１１の表面にグラフェンが転写されることは、周知であるから、試料２１ａを試料基板１１ａの表面に転写する方法の詳細な説明を省略する。また、前記試料２１がh-BNである場合も、同様であるから、試料２１ｂを試料基板１１ｂの表面に転写する方法の詳細な説明も省略する。
【００２９】
なお、前記試料２１ａ及び２１ｂは、いずれも、試料基板１１ａ及び１１ｂの表面に転写された状態では、図２に示されるように、複数の小片に分かれている。すなわち、試料基板１１ａ及び１１ｂのいずれの表面にも、複数の試料２１ａ及び２１ｂの小片が形成される。該小片の数及び配置の形態は不定である。また、各小片の形状及び大きさも不定であるが、本発明の発明者が観測したところ、各小片は、概略１０〔μｍ〕×１０〔μｍ〕程度の大きさであった。
【００３０】
後述されるように、前記試料２１の小片を透明基板１２上の微細滴２５に転写する工程においては、光学顕微鏡を使用して透明基板１２の裏側から観察しながら、前記試料２１の小片と微細滴２５との位置合わせが行われる。したがって、前記透明基板１２は、いかなる種類の材料から成るものであってもよいが、透明なガラス板のように、可視光を十分に透過する材料から成ることが望ましい。
【００３１】
本発明の発明者は、アクリル樹脂の一種である熱可塑性メタクリル樹脂を使用したので、本実施の形態においては、前記微細滴２５が熱可塑性メタクリル樹脂から成る場合についてのみ説明する。また、前記樹脂を溶解させる溶剤としては、有機溶剤を使用した。
【００３２】
次に、前記試料基板１１上の試料２１の小片を、透明基板１２上の微細滴２５に転写して積層する方法について説明する。
【００３３】
図３は本発明の実施の形態における試料の転写積層に使用される装置の要部を示す概念図、図４は本発明の実施の形態における試料を微細滴に転写積層する方法を示す第１の概念図、図５は本発明の実施の形態における試料を微細滴に転写積層する方法を示す第２の概念図である。なお、図４において、（ａ−１）〜（ａ−５）は試料を微細滴に転写積層する各工程を示す図、（ｂ）は試料と微細滴との位置関係を示す拡大図であり、図５において、（ａ）は試料を微細滴に転写積層する工程を示す図、（ｂ）は微細滴に転写された試料を示す拡大側面図、（ｃ）は微細滴に転写積層された試料の積層構造を示す拡大側面図、（ｄ）は微細滴に転写積層された試料の積層構造を示す斜視図である。
【００３４】
本発明の発明者は、図３に示されるような位置合わせ装置４０を使用して、試料基板１１上の試料２１の小片を、透明基板１２上の微細滴２５に転写した。
【００３５】
前記位置合わせ装置４０は、上部に配設された上側ホルダ４１を有し、該上側ホルダ４１はその下面に透明基板１２を吸着して固定するための吸着固定機構４２を備える。該吸着固定機構４２には図示されない真空ポンプが連結されており、該真空ポンプによって上側ホルダ４１の下面と透明基板１２の上面（裏面）との間の空気が、矢印Ａで示されるように吸引排出され、これにより、前記透明基板１２は上側ホルダ４１の下面に吸着固定される。
【００３６】
また、前記位置合わせ装置４０は、前記上側ホルダ４１の下方に位置する下側ホルダ４４を有し、該下側ホルダ４４はその上面に試料基板１１を吸着して固定するための吸着固定機構４５を備える。該吸着固定機構４５には図示されない真空ポンプが連結されており、該真空ポンプによって下側ホルダ４４の上面と試料基板１１の下面（裏面）との間の空気が、矢印Ｂで示されるように吸引排出され、これにより、前記試料基板１１は下側ホルダ４４の上面に吸着固定される。なお、該下側ホルダ４４は、図示されない電気ヒータ等の加熱装置を備え、これにより、前記試料基板１１を所定の温度にまで加熱することができる。
【００３７】
さらに、前記下側ホルダ４４は、レベル調整機構４６を介して、上下動装置４７に取付けられている。該上下動装置４７は、いわゆるＸＹＺステージであって、前記下側ホルダ４４を上下動させる、すなわち、Ｚ軸方向に変位させることができだけでなく、Ｘ方向及びＹ方向にも変位させることができる。
【００３８】
さらに、前記位置合わせ装置４０の上方には、図示されない光学顕微鏡が配設され、該光学顕微鏡を使用して上側ホルダ４１の下面に吸着固定されている透明基板１２の裏側から観察しながら、透明基板１２上の微細滴２５と、下側ホルダ４４の上面に吸着固定されている試料基板１１上の試料２１の小片との位置合わせを行うことができる。
【００３９】
試料基板１１上の試料２１の小片を、透明基板１２上の微細滴２５に転写する場合、まず、図４（ａ−１）に示されるように、微細滴２５と試料２１の小片とが向き合うように、透明基板１２及び試料基板１１の姿勢を調整して、前記透明基板１２及び試料基板１１を、それぞれ、上側ホルダ４１の下面及び下側ホルダ４４の上面に吸着固定する。なお、図４及び５においては、説明の都合上、下側ホルダ４４及びレベル調整機構４６の概略のみが描画され、位置合わせ装置４０の他の部分の図示は省略されている。
【００４０】
続いて、上下動装置４７を作動させて下側ホルダ４４を上昇させ、図４（ａ−２）に示されるように、試料基板１１を透明基板１２に接近させる。この際、前記加熱装置を作動させ、下側ホルダ４４の温度を第１の加熱温度にまで上昇させる。該第１の加熱温度は、微細滴２５の材料のガラス転移温度よりも低い温度である。したがって、後の工程で試料基板１１が微細滴２５に接触し、該微細滴２５が試料基板１１を介して下側ホルダ４４によって加熱されても、前記微細滴２５が溶融してしまうことがない。
【００４１】
下側ホルダ４４を上昇させる際には、前記光学顕微鏡を使用して上側ホルダ４１の下面に吸着固定されている透明基板１２の裏側から観察しながら、下側ホルダ４４をＸ方向及びＹ方向に変位させ、透明基板１２上の微細滴２５と、下側ホルダ４４の上面に吸着固定されている試料基板１１上の試料２１の小片との位置合わせを行う。この状態で、下側ホルダ４４のＸ方向及びＹ方向の変位の調整を停止して固定させる。
【００４２】
図４（ｂ）に示されるように、微視的に観ると、微細滴２５は、摺り鉢状の形状を備え、その先端（下端）は、先鋭であって、面積が小さくなっている。一方、試料基板１１上の試料２１の小片も、前述のように面積が小さく、かつ、複数の小片が分散して試料基板１１上に貼り付いている。したがって、前記微細滴２５と試料２１の小片との位置合わせを行うことにより、複数の小片のうちから所望の小片を選択し、選択した小片のみを微細滴２５の先端に転写させることができる。これにより、１枚の試料基板１１を複数回の転写工程で使い回しすることができる。
【００４３】
続いて、下側ホルダ４４を更に上昇させ、図４（ａ−４）に示されるように、透明基板１２上の微細滴２５の先端に試料基板１１を当接させる。具体的には、試料基板１１上の試料２１の複数の小片うちから選択した小片を微細滴２５の先端に当接させる。
【００４４】
続いて、図４（ａ−５）に示されるように、透明基板１２上の微細滴２５の先端に試料基板１１上の試料２１の小片を当接させた状態において、試料基板１１を微細滴２５に押圧し、所定の押圧時間、押圧を維持する。この間、下側ホルダ４４の温度は、前記第１の加熱温度に保持される。これにより、前記微細滴２５も、前記第１の加熱温度に加熱される。
【００４５】
そして、前記所定の押圧時間が経過した後、上下動装置４７を作動させて下側ホルダ４４を下降させる。
【００４６】
図５（ｂ）に示されるように、試料２１の小片は、試料基板１１の上面から離脱し、微細滴２５の先端に付着したまま残留する。
【００４７】
このようにして、試料基板１１に形成された試料２１の小片が接着性樹脂の微細滴２５に転写される。そして、図４（ａ−１）〜（ａ−５）並びに図５（ａ）に示される一連の転写積層工程を所望の回数だけ繰り返して行うことにより、微細滴２５の先端に所望の数の試料２１の小片を積層することができる。なお、図４（ａ−１）〜（ａ−５）並びに図５（ａ）に示される一連の転写積層工程は、常温常湿常圧であって特段の清浄度レベル管理が行われていない環境下で行うことができる。また、１回目の転写積層工程においては、試料２１の小片が接着性樹脂の微細滴２５に直接付着するが、２回目以降の転写積層工程においては、試料２１の小片は、微細滴２５に付着済みの試料２１の小片の下面にファンデアワールス力によって付着することとなる。
【００４８】
本発明の発明者は、試料基板１１ｂと試料基板１１ａとを交互に使用して、前記一連の転写積層工程を３回繰り返して行うことにより、微細滴２５の先端に転写された３層に積層された二次元原子薄膜を得ることができた。具体的には、１回目の転写積層工程においては、試料基板１１として、試料２１がh-BNである試料基板１１ｂを使用し、２回目の転写積層工程においては、試料基板１１として、試料２１がグラフェンである試料基板１１ａを使用し、３回目の転写積層工程においては、試料基板１１として、再び、試料２１がh-BNである試料基板１１ｂを使用した。なお、前述のように、試料２１の複数の小片が分散して試料基板１１上に存在し、選択した小片のみを微細滴２５の先端に転写させることができるので、３回目の転写積層工程において使用した試料基板１１ｂは、１回目の転写積層工程において使用した試料基板１１ｂと同一のものである。
【００４９】
これにより、図５（ｃ）に示されるように、微細滴２５の先端に、h-BN、すなわち、試料２１ｂの小片と、グラフェン、すなわち、試料２１ａの小片とが交互に積層された二次元原子薄膜の積層体、すなわち、二次元原子薄膜のファンデアワールスヘテロ構造を付着させることができた。なお、前述のように、試料基板１１ａ及び１１ｂの表面に転写された試料２１ａ及び２１ｂの小片の各々は、形状及び大きさも不定であるので、実際に微細滴２５の先端に付着した二次元原子薄膜の積層体を光学顕微鏡で観察すると、図５（ｄ）に示されるようになっている。
【００５０】
次に、微細滴２５の先端に付着した試料２１の積層体を支持基板１３に転写する方法について説明する。
【００５１】
図６は本発明の実施の形態における試料の積層体を支持基板に転写する方法を示す概念図、図７は本発明の実施の形態における試料の積層体の光学顕微鏡写真、図８は本発明の実施の形態における試料の小片の積層体の原子間力顕微鏡写真であって図７におけるＤ部拡大写真である。なお、図６において、（ａ−１）〜（ａ−４）は試料の積層体を支持基板に転写する各工程を示す図、（ｂ）は支持基板に転写された試料の積層体の拡大側面図である。
【００５２】
本発明の発明者は、前記位置合わせ装置４０を使用して、微細滴２５の先端に付着した試料２１の小片の積層体を、第３の基板としての支持基板１３上に転写した。本実施の形態において、前記支持基板１３は、例えば、Ｓｉから成る基板であるが、いかなる種類の材料から成るものであってもよい。
【００５３】
微細滴２５の先端に付着した試料２１の積層体を支持基板１３に転写する場合、まず、転写積層工程において使用した試料基板１１に代えて、図６（ａ−１）に示されるように、前記支持基板１３を下側ホルダ４４の上面に吸着固定する。なお、上側ホルダ４１の下面には、転写積層工程において微細滴２５の先端に試料２１の積層体を付着させた透明基板１２が固着されている。また、図６においては、説明の都合上、下側ホルダ４４及びレベル調整機構４６の概略のみが描画され、位置合わせ装置４０の他の部分の図示は省略されている。
【００５４】
そして、転写積層工程の場合と同様に、下側ホルダ４４をＸ方向及びＹ方向に変位させて、透明基板１２上の微細滴２５に付着する試料２１の積層体と支持基板１３との位置合わせを行った後、上下動装置４７を作動させて下側ホルダ４４を上昇させ、図６（ａ−１）に示されるように、支持基板１３を透明基板１２に接近させる。
【００５５】
この際、前記加熱装置を作動させ、下側ホルダ４４の温度を前記第１の加熱温度より高い第２の加熱温度にまで上昇させる。該第２の加熱温度は、微細滴２５の材料のガラス転移温度よりも高い温度である。したがって、支持基板１３が微細滴２５に接触し、該微細滴２５が支持基板１３を介して下側ホルダ４４によって加熱されると、前記微細滴２５が溶融する。
【００５６】
続いて、下側ホルダ４４を更に上昇させ、図６（ａ−２）に示されるように、透明基板１２上の微細滴２５に、支持基板１３を当接させる。具体的には、微細滴２５の先端に付着する試料２１の積層体に、支持基板１３の上面（表面）を当接させる。この間、下側ホルダ４４の温度は、前記第２の加熱温度に保持される。これにより、前記微細滴２５は、支持基板１３及び試料２１の積層体を介して、ガラス転移温度以上の第２の加熱温度にまで加熱されるので、溶融する。
【００５７】
そして、前記所定の当接時間が経過した後、図６（ａ−３）に示されるように、上下動装置４７を作動させて下側ホルダ４４を僅かに下降させる。すると、微細滴２５が溶融しているので、微細滴２５の先端に付着していた試料２１の積層体は、前記微細滴２５から離脱し、図６（ｂ）に示されるように、支持基板１３の上面（表面）に付着した状態となる。このようにして、微細滴２５の先端に付着した試料２１の小片の積層体は、支持基板１３に転写される。前記試料２１の小片の積層体は、支持基板１３上にファンデアワールス力によって付着している。
【００５８】
最後に、該支持基板１３を、下側ホルダ４４から取外し、図６（ａ−４）に示されるように、クロロホルムに所定の浸漬時間だけ浸漬して洗浄する。これにより、支持基板１３及び試料２１の小片の積層体に残留付着していた微細滴２５の樹脂が除去される。
【００５９】
このように、図６（ａ−１）〜（ａ−４）に示される一連の積層体転写工程を行うことにより、支持基板１３上に形成された二次元原子薄膜の積層体を得ることができる。なお、図６（ａ−１）〜（ａ−４）に示される一連の積層体転写工程は、常温常湿常圧であって特段の清浄度レベル管理が行われていない環境下で行うことができる。
【００６０】
本発明の発明者は、実際に微細滴２５の先端に付着した図５（ｄ）に示されるような二次元原子薄膜の積層体、すなわち、h-BNの小片とグラフェンの小片とが交互に積層された二次元原子薄膜のファンデアワールスヘテロ構造を支持基板１３に転写させることができた。
【００６１】
図７には、支持基板１３に転写させたh-BNの小片とグラフェンの小片とが交互に積層された二次元原子薄膜のファンデアワールスヘテロ構造の光学顕微鏡による撮像写真が示されている。該撮像写真に示される二次元原子薄膜のファンデアワールスヘテロ構造は、グラフェンの一原子層の薄膜の両側に、それぞれ、h-BNの薄膜が積層された三層構造となっている。
【００６２】
また、図８には、図７におけるＤ部を拡大した原子間力顕微鏡による撮像写真が示されている。
【００６３】
なお、本実施の形態においては、試料２１の小片を三層に積層した例についてのみ説明したが、試料２１の小片は二層に積層してもよいし、四層以上に積層してもよい。また、試料２１が二種類である例についてのみ説明したが、試料２１は三種類以上であってもよい。
【００６４】
このように、本実施の形態におけるファンデアワールスヘテロ構造の作製方法は、試料基板１１上に二次元原子薄膜としての試料２１を形成し、透明基板１２上に接着性樹脂の微細滴２５を形成し、試料基板１１上に形成された試料２１を、透明基板１２上に形成された接着性樹脂の微細滴２５に順次転写して複数の試料２１を積層し、積層された複数の試料２１を支持基板１３上に転写して、複数の試料２１が積層されたファンデアワールスヘテロ構造を支持基板１３上に作製すること、を含む方法である。
【００６５】
これにより、試料基板１１上に形成された試料２１を効率よく利用することができるとともに、複数種類の試料２１を積層してファンデアワールスヘテロ構造を短時間で容易に、かつ、確実に作製することができる。
【００６６】
また、試料基板１１上に形成された試料２１を、透明基板１２上に形成された接着性樹脂の微細滴２５に順次転写するときには、微細滴２５を第１の加熱温度に加熱し、積層された複数の試料２１を支持基板１３上に転写するときには、微細滴２５を第１の加熱温度より高い第２の加熱温度に加熱する。これにより、試料２１を容易に、かつ、確実に微細滴２５に転写することができるとともに、積層された複数の試料２１を容易に、かつ、確実に支持基板１３上に転写することができる。
【００６７】
さらに、試料２１は複数の小片に分かれて試料基板１１上に形成され、小片は、１つずつ、透明基板１２上に形成された接着性樹脂の微細滴２５に転写される。これにより、一度試料基板１１上に試料２１を形成すれば、同一の試料基板１１を複数回利用して、試料２１の小片を微細滴２５に複数回転写することができるので、試料基板１１上に試料２１を複数回形成する必要がなく、試料２１を容易に、かつ、短時間で微細滴２５に転写することができる。
【００６８】
さらに、透明基板１２が透明なので、透明基板１２の裏側から観察しながら、試料２１の小片と微細滴２５との位置合わせを行うことができる。
【００６９】
さらに、本実施の形態におけるファンデアワールスヘテロ構造の作製方法は、常温常湿常圧の環境下で行われるので、例えば、恒温室、クリーンルーム等の特別な設備を必要としないので、低コストでファンデアワールスヘテロ構造を作製することができる。
【００７０】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、ファンデアワールスヘテロ構造の作製方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１１、１１ａ、１１ｂ    試料基板
１２    透明基板
１３    支持基板
２１、２１ａ、２１ｂ    試料
２５    微細滴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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