Nature Electronics重大突破-二维材料无机转移制备超洁净异质结

钢铁侠 12个月前 (12-06) 1780浏览

【导读】

层层组装范德瓦尔斯（vdW）异质结构是固态物理学、材料科学和化学领域新发现的基础。尽管目前很多取得了成功，但所有当前的二维材料（2DM）转移技术都依赖于使用聚合物辅助，这限制了多层异质结构的界面洁净度，从而影响电子输运性能和光电应用的潜力。依据聚合物辅助的二维材料异质结制备技术对样品的制备有多重限制，（1）层间聚合物残留会限制可使用器件的尺寸；（2）对很多空气氧化的材料，界面处的气泡（主要包括聚合物残留，空气，水等）会导致被包裹材料的氧化变性；（3）对于复杂多层二维材料的构成的器件（例如：发光器件LED），聚合物辅助转移技术杂质残留问题会导致器件可利用空间很小，通常在几个微米尺寸；（4）聚合物不能使用在超真空转移中；（5）聚合物转移技术不能用来制备有机溶剂样品以及生物样品。因此，得到超洁净界面以及大面积转移，和复杂有机样品制备，是目前急需解决的重大挑战。

在本文中，曼彻斯特大学Roman Gorbachev教授等人（主页 https://www.rglab.co.uk/）提出了一种新颖的无聚合物转移平台，用于快速简便地组装异质结构，该平台利用可重复使用的柔性无机氮化硅薄膜。该平台能够快速、可重复地生产二维异质结构，包括使用剥离材料和CVD生长的材料。该技术可以得到具有无层间污染的完美界面和相应的优异电子输运器件，仅受到所使用晶体的大小和固有质量的限制。此外，去除对聚合物载体的需求为范德华异质结构的制备提供了新的可能性：在高达600°C的高温下进行组装，以及在超高真空（UHV）和材料完全浸泡在液体中的不同环境中进行组装。文章首次展示了UHV异质结构组装，并展示了石墨烯莫尔超晶格结构，其结构均匀性提高了一个数量级以上。作者相信，广泛采用新型无机二维材料组装策略将充分发挥范德华异质结构作为新物理和先进光电技术平台的潜力。相关文章以“Clean assembly of van der Waals heterostructures using silicon nitride membranes” 发表在NatureElectronics上。文章第一作者为Wendong Wang博士，Nick Clark博士 Matthew Hammer 博士，以及Amy 通讯作者为Roman Gorbachev教授。其中Wendong Wang 博士在2022年就以独立作者在Nature Reviews Physics上提出该方法。