Two-dimensional (2D) materials with a thickness on the atomic scale promise to continue the trend of increasing performance in electronics, photonics, and sensing. However, despite record-breaking demonstrations of individual devices, the commercial exploitation of 2D materials is still limited. This constraint is partly because of challenges in integration technologies for manufacturing devices.

This thesis presents manufacturing methods of transferring and patterning 2D materials. On the device level, it investigates the influence of environmental factors on electrical contacts and material properties. Finally, it demonstrates the integration of photodetectors for integrated photonic circuits.

The synthesis of 2D materials requires high process temperatures to obtain high material quality, which precludes the direct synthesis on top of device wafers. Thus, manufacturing requires a transfer of the 2D material from a dedicated growth substrate to the device wafer.This thesis introduces a universal method of transferring 2D materials by wafer bonding. The method targets the integration on top of electronic circuits at the back-end of the line in semiconductor foundries. A variation of the approach suspends free-hanging membranes of 2D materials and stacks layers to 2D material heterostructures. 

The patterning of 2D materials is a fundamental step in device fabrication. However, standard lithographic methods cause residues of protective resists that degrade the device performance. This thesis presents a non-contact and resist-free method of patterning 2D materials with nanoscale precision by laser direct writing with an off-the-shelf system.

The electrical contact resistance between metal electrodes and 2D materials significantly affects the performance of devices. This thesis investigates the influence of humidity on the contact resistance and sheet resistance of graphene. This insight is essential for operation in ambient environments without encapsulation or hermetic packaging.

Multilayered platinum diselenide (PtSe₂) is a semimetallic 2D material that can be synthesized below 450 degree Celsius. This thesis demonstrates the integration of PtSe₂ photodetectors with silicon waveguides by direct growth on the device substrate. The photodetectors operate at infrared wavelength, which is promising for integrated photonic circuits.

Tvådimensionella (2D) material med en tjocklek på atomskala tros fortsätta trenden med ökad prestanda inom elektronik, fotonik och sensorer. Trots att individuella chip slår nya rekord så är det kommersiella nyttjandet av dessa material begränsat. Den här begränsningen beror delvis på utmaningar inom integreringstekniker för att tillverka dessa chip. 

Den här avhandlingen presenterar tillverkningsmetoder för överföring och mönstring av 2D-material. På chip-nivå utforskar den hur miljöfaktorer påverkar de elektriska kontakterna och materialegenskaperna. Slutligen demonstrerar den integration av fotodetektorer för integrerade fotoniska kretsar. 

Syntesen av 2D-material kräver höga processtemperaturer för att uppnå hög kvalitet på materialet, vilket utesluter syntes direkt på ovansidan av en device wafer. Tillverkningen kräver därför en överföring av 2D-materialet från ett dedikerat substrat för tillväxt till en device wafer. Den här avhandlingen introducerar en universell metod för överföring av 2D-material genom wafer bonding. Metoden är tänkt att innefatta integrering ovanpå elektroniska kretsar vid slutet av processen i halvledarfabriker. En variation av metoden leder till suspenderade frihängande membran av 2D-material och staplar lager av dessa för att bilda heterostrukturer av 2D-material.

Mönstringen av 2D-material är en fundamental del i chiptillverkningen. Standardiserade litografiska metoder skapar dock rester av skyddande fotoresist som degraderar prestandan hos chipen. Den här avhandlingen presenterar en metod för att mönstra 2D-material som är kontakt- och fotoresistfri och som uppnår nanometer-precision genom direkt lasermönstring med ett kommersiellt tillgängligt system. 

Den elektroniska kontaktresistansen mellan metallelektroder och 2D-material har en signifikant påverkan på chipens prestanda. Den här avhandlingen undersöker hur luftfuktighet påverkar kontakt- och skiktresistansen av grafen. Denna insikt är viktig för prestandan i vanliga miljöer utan inkapsling eller hermetisk förslutning.

Multilager av platinadiselenid (PtSe₂) är ett semi-metalliskt 2D-material som kan syntetiseras under 450 degree Celsius. Den här avhandlingen demonstrerar integrationen av fotodetektorer i PtSe₂ med vågledare i kisel genom direkt tillväxt på chip-substratet. Dessa fotodetektorer opererar i infraröda våglängder, vilket är lovande för integrerade fotoniska kretsar.