研究人员迅速收获二维材料 使其更接近商业化

自2003年发现称为石墨烯的单原子厚碳材料以来，人们对其他类型的2-D材料也产生了浓厚的兴趣。

这些材料可以像乐高积木一样堆叠在一起，形成一系列具有不同功能的设备，包括作为半导体运行。通过这种方式，它们可用于制造超薄，柔韧，透明和可穿戴的电子设备。

然而，已证明将块状晶体材料分离成用于电子器件的2-D薄片在商业规模上很难做到。

通过将晶体反复冲压到胶带上而将单个薄片从块状晶体中分离出来的现有方法是不可靠且耗时的，需要数小时才能收获足够的材料并形成装置。

现在麻省理工学院机械工程系的研究人员开发出一种技术，可以在几分钟内收集2英寸直径的二维材料晶圆。然后可以将它们堆叠在一起以在一小时内形成电子设备。

根据机械工程系副教授Jeehwan Kim的说法，他们在“ 科学 ”杂志上发表的一篇论文中描述的技术可以开辟基于各种二维材料商业化电子设备的可能性。领导了这项研究。

该论文的共同第一作者是参与柔性器件制造的Sanghoon Bae和负责堆叠2-D材料单层的Jaewoo Shim。两人都是金氏集团的博士后。

该论文的共同作者还包括Kim集团内部的学生和博士后，以及佐治亚理工学院，德克萨斯大学，韩国延世大学和弗吉尼亚大学的合作者。Kim的研究小组的Sang-Hoon Bae，Jaewoo Shim，Wei Kong和Doyoon Lee同样为这项工作做出了贡献。

“我们已经证明，我们可以在晶圆级上进行单层单层隔离二维材料，”Kim说。“其次，我们已经展示了一种轻松堆叠这些晶圆级单层二维材料的方法。”

研究人员首先在蓝宝石晶圆上生长了一叠厚厚的二维材料。然后，他们在堆叠顶部涂上600纳米厚的镍膜。

由于二维材料对镍的附着力比蓝宝石强得多，因此剥离这种薄膜使研究人员能够将整个叠层与晶圆分离。

而且，镍和2-D材料的各个层之间的粘附力也大于每个层本身之间的粘附力。

结果，当第二个镍膜被添加到堆叠的底部时，研究人员能够剥离单个原子厚度的2-D材料单层。

Kim说，这是因为剥离第一个镍膜会在材料中产生裂缝，这些材料会直接传播到堆叠的底部。

一旦由镍膜收集的第一单层转移到基底上，就可以对每一层重复该过程。

“我们使用非常简单的机制，通过使用这种受控的裂纹扩展概念，我们能够在晶圆级上隔离单层2-D材料，”他说。

通用技术可与一系列不同的二维材料一起使用，包括六方氮化硼，二硫化钨和二硫化钼。

以这种方式，它可以用于生产不同类型的单层2-D材料，例如半导体，金属和绝缘体，然后可以将它们堆叠在一起以形成电子器件所需的2-D异质结构。

“如果使用二维材料制造电子和光子器件，那么这些器件只有几个单层厚度，”Kim说。“他们将非常灵活，可以加盖任何东西，”他说。

他补充说，这个过程快速而且成本低，适合商业运营。

研究人员还通过成功制造晶圆级场效应晶体管阵列来展示该技术，厚度仅为几个原子。

“这项工作有很大的潜力将二维材料及其异质结构用于实际应用，”哈佛大学物理学教授菲利普金说，他没有参与这项研究。

研究人员现在正计划应用该技术开发一系列电子设备，包括非易失性存储器阵列和可佩戴在皮肤上的柔性设备。

Kim说，他们也有兴趣应用这种技术来开发用于“物联网”的设备。

“你需要做的就是种植这些厚厚的二维材料，然后用单层隔离它们并将它们堆叠起来。所以它非常便宜 - 比现有的半导体工艺便宜得多。这意味着它将带来实验室级别的2-将材料投入商业化生产，“金说。

“这使其成为物联网网络的理想选择，因为如果您将传统半导体用于传感系统，那将会非常昂贵。”