一种超滑器件及其加工方法

技术领域

本申请涉及结构超滑领域，特别是涉及一种超滑器件及其加工方法。

背景技术

结构超滑指两个原子级光滑且非公度接触的范德华固体表面(如石墨烯、二硫化钼等二维材料表面)之间相对滑动时，摩擦力几乎为零、磨损为零的现象。

超滑片的尺寸一般在10μm左右，为了将超滑片与结构超滑产品结合，需要更大尺度的结构超滑器件。目前在加工大尺度的结构超滑器件时，先将不同高度的超滑片转移到同一平整的基底上，然后在超滑片表面涂覆粘接剂，粘接剂也会存在相邻超滑片之间的间隙，但是不进入超滑片与基底之间，粘接剂固化后将所有的超滑片连接起来，形成一个大尺寸的结构超滑器件。但是，由于粘接剂一般是非导电的材料，超滑器件无法与其他器件实现导电连接。

因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

发明内容

本申请的目的是提供一种超滑器件及其加工方法，以使超滑器件可以与其他器件之间实现电连接。

为解决上述技术问题，本申请提供一种超滑器件加工方法，包括：

获得导电连接体；

将至少两个超滑片转移至过渡基板的上表面，在所述过渡基板上形成超滑片阵列；

将带有所述超滑片阵列的过渡基板与所述导电连接体键合，软化所述导电连接体，并使所述超滑片与软化的导电连接体连接；

去除所述过渡基板，得到超滑器件。

可选的，将带有所述超滑片阵列的过渡基板与所述导电连接体键合包括：

将带有所述超滑片阵列的过渡基板倒装，使所述超滑片阵列位于所述导电连接体的上方，并与所述导电连接体键合。

可选的，将带有所述超滑片阵列的过渡基板与所述导电连接体键合包括：

将所述导电连接体倒装，使所述电连接体位于所述超滑片阵列的上方，并与所述超滑片阵列键合。

可选的，将带有所述超滑片阵列的过渡基板倒装，使所述超滑片阵列位于所述导电连接体的上方，并与所述导电连接体键合之前，还包括：

在所述过渡基板上所述超滑片阵列的边缘和/或所述基板上所述导电连接体的边缘设置对准标记；

相应的，将带有所述超滑片阵列的过渡基板倒装，使所述超滑片阵列与所述导电连接体键合包括：

借助所述对准标记，将带有所述超滑片阵列的过渡基板倒装，使所述超滑片阵列与所述导电连接体键合。

可选的，获得导电连接体包括：

在基板上形成导电块阵列，所述导电块阵列包括至少两个导电块，所述导电块阵列的排布形式与所述超滑片阵列相同。

可选的，获得导电连接体包括：

在基板上形成一片式导电层。

可选的，在基板上形成一片式导电层包括：

在所述基板上制作第一图形化光刻胶；

在所述基板上制作导电膜层；

剥离所述第一图形化光刻胶和位于所述第一图形化光刻胶上的所述导电膜层，在所述基板上形成所述一片式导电层，所述一片式导电层的面积小于所述基板的面积。

可选的，在基板上形成一片式导电层包括：

在所述基板上镀膜，形成一片式导电层，所述一片式导电层的面积等于所述基板的面积。

可选的，在基板上形成导电块阵列包括：

在所述基板上制作第二图形化光刻胶；

在所述基板上制作导电膜层；

剥离所述第二图形化光刻胶和位于所述第二图形化光刻胶上的所述导电膜层，在所述基板上形成所述导电块阵列。

可选的，在基板上形成导电块阵列包括：

在所述基板上制作第三图形化光刻胶；

在所述基板上制作金属层；

剥离所述第三图形化光刻胶和位于所述第三图形化光刻胶上的所述金属层，在所述基板上形成一片式金属层；

在具有一片式金属层的基板上套刻制作第二图形化光刻胶；

在所述基板上制作导电膜层；

剥离所述第二图形化光刻胶和位于所述第二图形化光刻胶上的所述导电膜层，在所述一片式金属层上形成导电块阵列。

可选的，所述导电块的横截面面积小于或等于对应的所述超滑片的横截面面积。

可选的，还包括：

在所述导电块侧面设置限位凸起，所述限位凸起的高度低于所述导电块的高度，且所有所述限位凸起的高度相等。

可选的，所述限位凸起的高度在2μm-3μm之间。

本申请还提供一种采用上述任一种所述的超滑器件加工方法得到的超滑器件，包括：

导电连接体；

与所述导电连接体上表面连接的超滑片阵列，所述超滑片阵列包括至少两个超滑片。

可选的，当所述导电连接体为导电块阵列，所述导电块阵列包括至少两个导电块时，所述导电块的横截面为圆形。

本申请所提供的一种超滑器件加工方法，包括：获得导电连接体；将至少两个超滑片转移至过渡基板的上表面，在所述过渡基板上形成超滑片阵列；将带有所述超滑片阵列的过渡基板与所述导电连接体键合，软化所述导电连接体，并使所述超滑片与软化的导电连接体连接；去除所述过渡基板，得到超滑器件。

可见，本申请中的加工方法将带有超滑片的过渡基板与导电连接体键合，键合时，导电连接体在高温下发生熔融变软，超滑片从而与导电连接体连在一起，有效解决因超滑片高度不均一引起的组装困难的问题，同时导电连接体使得超滑器件可以与其他器件之间实现电连接。加工中利用键合的方式，可以实现超滑器件的大规模制备，并且可以将多个超滑片组装在一起，得到大尺寸的超滑器件。

此外，本申请还提供一种具有上述优点的超滑器件。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种超滑器件加工方法流程图；

图2为超滑片转移至过渡基板上的示意图；

图3为本申请实施例所提供的另一种超滑器件加工方法流程图；

图4至图9为本申请实施例所提供的一种超滑器件加工工艺流程图；

图10为本申请实施例所提供的另一种超滑器件加工方法流程图；

图11至图20为本申请实施例所提供的一种超滑器件加工工艺流程图；

图21为本申请实施例所提供的另一种超滑器件加工方法流程图；

图22至图27为本申请实施例所提供的一种超滑器件加工工艺流程图；

图28为本申请实施例所提供的另一种超滑器件加工方法流程图；

图29至图32为本申请实施例所提供的一种超滑器件加工工艺流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，目前在加工大尺度的结构超滑器件时，利用粘接剂将多个超滑片粘接起来，由于粘接剂一般是非导电的材料，超滑器件无法与其他器件实现导电连接。

有鉴于此，本申请提供了一种超滑器件加工方法，请参考图1，该方法包括：

步骤S101：获得导电连接体。

可选的，作为一种可实施方式，获得导电连接体包括：在基板上形成导电块阵列，所述导电块阵列包括至少两个导电块，所述导电块阵列的排布形式与所述超滑片阵列相同。但是本申请对此并不进行限定，作为另一种可实施方式，得导电连接体包括：在基板上形成一片式导电层。其中，一片式导电层即导电层以一整块的形式存在。

也即，导电连接体既可以为一片式导电层，也可以为导电块阵列，不同的导电连接体制备方式不同，具体的制作方法在下文进行阐述。

步骤S102：将至少两个超滑片转移至过渡基板的上表面，在过渡基板上形成超滑片阵列。

超滑片由超滑岛制备，从超滑岛上转移后的超滑片可能会存在明显的高度不同。过渡基板1上超滑片阵列2中的超滑片21存在高低差，如图2所示，超滑片21的厚度在0.5-1.8μm之间，高度差最大可达到0.8μm。

由于超滑片的尺寸较小，在转移超滑片时，以超滑片中心点进行定位，能够增加定位精度。

超滑片阵列可以为规则的M×N阵列，M和N中至少一个大于1，M和N既可以相等，也可以不相等；超滑片阵列也可以为不规则的阵列，例如，超滑片阵列呈圆形、椭圆形、不规则的多边形等形状排布。本申请中对超滑片阵列的形式不做限定，视情况而定。

步骤S103：将带有超滑片阵列的过渡基板与导电连接体键合，软化导电连接体，并使超滑片与软化的导电连接体连接。

导电连接体的材料包括但不限于金属或合金材料，其熔点一般低于300摄氏度。优选的，导电连接体的材料可以采用锡、银、铅、铟等金属以及金锡合金、银铜锡合金、铟锡合金等合金材料。

键合时，导电连接体随着温度升高发生软化，但是不完全熔化，压合超滑片阵列与导电连接体，从而实现超滑片和导电连接体之间的键合。

虽然超滑片的高度参差不齐，但是由于在键合时，导电连接体发生软化，与高度较高的超滑片对应的导电连接体区域的厚度可以降低的多一些，与高度较低的超滑片对应的导电连接体区域的厚度可以降低的少一些，从而保证各个超滑片未与导电连接体接触的表面保持一致高度，有效解决超滑片高度不均一引起的组装困难的问题。

可以通过光学显微镜将超滑片与导电连接体对准，然后通过贴片机即可以进行键合。导电连接体可以采用微加工工艺实现。

作为一种可实施方式，将带有超滑片阵列的过渡基板与导电连接体键合包括：将导电连接体倒装，使电连接体位于超滑片阵列的上方，并与超滑片阵列键合。

导电连接体位于超滑片阵列的上方，由于在键合时导电连接体会发生熔融软化，容易进入超滑片与过渡基板之间的间隙。为了避免这一问题，可以在超滑片之间设置牺牲层，在键合完成后，再将牺牲层去除。

作为另一种可实施方式，将带有超滑片阵列的过渡基板与导电连接体键合包括：将带有超滑片阵列的过渡基板倒装，使超滑片阵列位于导电连接体的上方，并与导电连接体键合。

导电连接体位于超滑片的下方，即使在键合时发生熔融软化，也不会影响超滑片。因此，也不需要在超滑片之间设置牺牲层，避免在去除牺牲层时，对超滑片边缘产生影响，造成部分超滑片的层之间再次剥离或分层，导致超滑性能下降。所以，该实施方式的倒装键合方式不会破坏超滑片的超滑性能，对超滑片的影响很小。

其中，超滑片阵列在与导电连接体对准时，其对准度可能会存在一定的偏差。优选的，导电连接体的横截面面积小于或等于超滑片的横截面面积，避免键合时导电连接体熔融软化影响超滑性能。

步骤S104：去除过渡基板，得到超滑器件。

本申请中的加工方法将带有超滑片的过渡基板与导电连接体键合，键合时，导电连接体在高温下发生熔融变软，超滑片从而与导电连接体连在一起，有效解决因超滑片高度不均一引起的组装困难的问题，同时导电连接体使得超滑器件可以与其他器件之间实现电连接。加工中利用键合的方式，可以实现超滑器件的大规模制备，并且可以将多个超滑片组装在一起，得到大尺寸的超滑器件。

通过本申请的加工方法可以将10μm及以下尺寸的超滑片连接起来，得到50μm-1mm甚至厘米量级的、近零摩擦、零磨损的大尺度超滑器件。

当导电连接体为导电块阵列时，请参考图3，超滑器件加工方法包括：

步骤S201：在基板上制作第二图形化光刻胶。

如图4所示，第二图形化光刻胶4位于基板3的上表面，第二图形化光刻胶4经过曝光、显影得到。

基板3使用目前能够制备的nm级光滑材料均可，如硅片、氧化硅片、氮化硅片、玻璃片、蓝宝石片、金属片等。

步骤S202：在基板上制作导电膜层。

如图5所示，导电膜层5’覆盖在第二图形化光刻胶4上，以及基板3未被第二图形化光刻胶4覆盖的区域。

导电膜层的材料可以为锡、银、铅、铟等金属以及金锡合金、银铜锡合金、铟锡合金等合金材料。

其中，针对不同的材料其熔融温度均不相同，其温度需控制在材料的熔点附近，例如金锡合金的熔融温度约180-300摄氏度。

步骤S203：剥离第二图形化光刻胶和位于第二图形化光刻胶上的导电膜层，在基板上形成导电块阵列，导电块阵列包括至少两个导电块，导电块阵列的排布形式与超滑片阵列相同。

如图6所示，经过lift-off剥离工艺后，在基板3上制作出导电块阵列5。

导电块阵列5的排布形式与超滑片阵列相同，即导电块阵列5中导电块51的数量、导电块51之间的距离与超滑片阵列均相同。

步骤S204：将至少两个超滑片转移至过渡基板的上表面，在过渡基板上形成超滑片阵列。

优选地，超滑片阵列高度在1μm左右，使用微米级导电块进行导电连接，能够有效避免导电块溢出导致超滑性能失效的问题。

步骤S205：将带有超滑片阵列的过渡基板与导电连接体键合，软化导电连接体，并使超滑片与软化的导电连接体连接。

如图7和图8所示，可以将带有超滑片阵列的过渡基板1倒装，使得超滑片21与导电块51一一对准，并进行键合连接。

步骤S206：去除过渡基板，得到超滑器件。

如图9所示，将过渡基板1去除。基板3既可以去除，也可以不去除，本申请中不做限定。

当导电连接体为导电块阵列时，请参考图10，超滑器件加工方法包括：

步骤S301：在基板上制作第三图形化光刻胶。

如图11所示，第三图形化光刻胶6位于基板3的上表面，第三图形化光刻胶6经过曝光、显影得到。

步骤S302：在基板上制作金属层。

如图12所示，金属层7’覆盖在第三图形化光刻胶6上，以及基板3未被第三图形化光刻胶6覆盖的区域。

步骤S303：剥离第三图形化光刻胶和位于第三图形化光刻胶上的金属层，在基板上形成一片式金属层。

如图13所示，经过lift-off剥离工艺后，在基板3上制作出一片式金属层7。

一片式金属层7即金属层以一整块的形式存在。

步骤S304：在具有一片式金属层的基板上套刻制作第二图形化光刻胶。

如图14所示，第二图形化光刻胶4位于一片式金属层7以及基板3未被一片式金属层7覆盖的区域。

步骤S305：在基板上制作导电膜层。

如图15所示，导电膜层5’覆盖在第二图形化光刻胶4以及一片式金属层7未被第二图形化光刻胶4覆盖的区域。

步骤S306：剥离第二图形化光刻胶和位于第二图形化光刻胶上的导电膜层，在一片式金属层上形成导电块阵列，导电块阵列包括至少两个导电块，导电块阵列的排布形式与超滑片阵列相同。

如图16所示，经过lift-off剥离工艺后，在导电块阵列5在一片式金属层7上。

步骤S307：将至少两个超滑片转移至过渡基板的上表面，在过渡基板上形成超滑片阵列。

步骤S308：将带有超滑片阵列的过渡基板与导电连接体键合，软化导电连接体，并使超滑片与软化的导电连接体连接。

如图17和图18所示，可以将带有超滑片阵列的过渡基板1倒装，使得超滑片21与导电块51一一对准，并进行键合连接。

步骤S309：去除过渡基板，得到超滑器件。

如图19所示，将过渡基板1去除。基板3既可以去除，也可以不去除，本申请中不做限定。

当将基板3去除时，超滑器件的结构示意图如图20所示。

当导电连接体为导电块阵列时，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，超滑器件加工方法还包括：

在导电块侧面设置限位凸起，限位凸起的高度低于导电块的高度，且所有限位凸起的高度相等。

限位凸起的高度一般可以在2μm-3μm之间，本实施例中通过设置限位凸起，一方面可以限制过渡基板和基板之间的间距，控制超滑片的压合高度和深度；另一方面，还可以通过限位凸起保护超滑片，避免在压合力较大时，导致超滑片损坏；同时，还可以更好的控制过渡基板压合时的角度，避免过渡基板在压合时出现一侧翘曲的情况，增加键合成功率。同时限位凸起还可以起到标记的作用，即可以标记位置。

无限位凸起时，导电膜层或导电块厚度一般为0.8-1.8μm；有限位凸起时，导电膜层或导电块不用特意控制高度，不低于0.8μm即可。

当导电连接体为导电块阵列时，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述导电块的横截面面积小于或等于对应的所述超滑片的横截面面积，避免键合时导电块熔融软化影响超滑性能。

当导电连接体为一片式导电层时，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，获得导电连接体包括：在基板上形成一片式导电层。一片式导电层的制作方式有两种，下面分别进行介绍。

作为一种可实施方式，请参考图21，超滑器件加工方法包括：

步骤S401：在基板上制作第一图形化光刻胶。

如图22所示，第一图形化光刻胶8位于基板3的上表面，第一图形化光刻胶8经过曝光、显影得到。

步骤S402：在基板上制作导电膜层。

如图23所示，导电膜层5’覆盖在第一图形化光刻胶8以及基板3未被第一图形化光刻胶8覆盖的区域。

步骤S403：剥离第一图形化光刻胶和位于第一图形化光刻胶上的导电膜层，在基板上形成一片式导电层，一片式导电层的面积小于基板的面积。

如图24所示，经过lift-off剥离工艺后，在基板3上制作出一片式导电层9。

步骤S404：将至少两个超滑片转移至过渡基板的上表面，在过渡基板上形成超滑片阵列。

步骤S405：将带有超滑片阵列的过渡基板与一片式导电层键合，软化一片式导电层，并使超滑片与软化的一片式导电层连接。

如图25和图26所示，可以将带有超滑片阵列的过渡基板1倒装，使得超滑片21与一片式导电层9对准，并进行键合连接。

步骤S406：去除过渡基板，得到超滑器件。

如图27所示，将过渡基板1去除。基板3既可以去除，也可以不去除，本申请中不做限定。

作为另一种可实施方式，请参考图28，超滑器件加工方法包括：

步骤S501：在基板上镀膜，形成一片式导电层，一片式导电层的面积等于基板的面积。

如图29所示，直接在基板3上形成一片式导电层9。

步骤S502：将至少两个超滑片转移至过渡基板的上表面，在过渡基板上形成超滑片阵列。

步骤S503：将带有超滑片阵列的过渡基板与一片式导电层键合，软化一片式导电层，并使超滑片与软化的一片式导电层连接。

如图30和图31所示，可以将带有超滑片阵列的过渡基板1倒装，与一片式导电层9对准，并进行键合。

步骤S504：去除过渡基板，得到超滑器件。

如图32所示，将过渡基板1去除。基板3既可以去除，也可以不去除，本申请中不做限定。

为了提升超滑片阵列与导电连接体的对准精度，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，将带有超滑片阵列的过渡基板倒装，使超滑片阵列与导电连接体键合之前，还包括：

在过渡基板上超滑片阵列的边缘和/或基板上导电连接体的边缘设置对准标记；

相应的，将带有超滑片阵列的过渡基板倒装，使超滑片阵列与导电连接体键合包括：

借助对准标记，将带有超滑片阵列的过渡基板倒装，使超滑片阵列与导电连接体键合。

对准标记包括但不限于凹槽、“十”字、凸起。对准标记可以设置在超滑片阵列相对的两端，和/或，导电连接体相对的两端。

本申请还提供一种采用上述任一实施例的超滑器件加工方法得到的超滑器件，该超滑器件包括：

导电连接体；

与导电连接体上表面连接的超滑片阵列，超滑片阵列包括至少两个超滑片。

其中，导电连接体可以为导电块阵列，或者一片式导电层，导电块阵列包括至少两个导电块，且导电块阵列的排布形式与超滑片阵列相同。

当导电连接体为导电块阵列时，导电块横截面的形状包括但不限于圆形、方形、三角形或其他异形。优选的，导电块的横截面为圆形，以便无论超滑片的旋转方向如何，均可以实现最大面积的连接。进一步的，导电块的横截面面积小于对应的超滑片的横截面面积，以避免超滑片倒装与导电块键合时，导电块在外力压合作用下向上“溢出”，进而影响超滑片的上表面的结构超滑性能。例如，超滑片横截面可以为10*10μm的方形截面，导电块的横截面可以为5至7μm的圆形截面。

可选的，在本申请的一个实施例中，超滑器件还可以包括：设于导电块侧面的限位凸起，限位凸起的高度低于导电块的高度，且所有限位凸起的高度相等。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的超滑器件及其加工方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。