Semi-Automated Soft Robotic Stamp Transfer Machine for Van Der Waals Heterostructure Device Assembly

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作者
Seong-Hyo Ahn,Juan Chavarria,Haoxuan Mu,Yifeng Liao,Jamie H. Warner,Lei Zhou
标识
DOI:10.1115/msec2023-101118
摘要

Abstract Monolayer materials can be vertically stacked into artificial solids, known as the van der Waals heterostructures (vd-WHs) [1], to realize a new class of ultrathin optoelectronic, electronic, and quantum devices, which have significant potential to revolutionize the field of nanoelectronics and impact a wide range of application areas including transparent displays, sensor arrays, and logic and memory circuits. However, today’s assembly of vdWH devices is still primarily through manual manipulation, which lacks the precision and repeatability needed for the scalable manufacturing of wafer-scale vdWH device arrays outside a research setting. Aiming to enable the automated, scalable, and repeatable manufacturing of vdWH device arrays, this paper presents the design, prototyping, and preliminary tests of a novel semi-automated soft-robotic stamp transfer system for thin-film materials. The system uses a dry elastomer stamp with its adhesion controlled by temperature and peeling speed for material transfer. A combination of electromagnetic and pneumatic actuation is used for the soft-robotic stamp to realize a gentle and uniform pressing of the stamp over the material. An optical microscope, force sensors, and temperature sensors are integrated to enable instrumentation of the transfer process. Preliminary experiments were conducted using our system to conduct for exfoliated graphite transfer. Test results demonstrate the reliable and repeatable transfer of 2D crystal flakes, which show promise to enable the deterministic and scalable assembly of vdWH-based device arrays at wafer scale.

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