يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

تصنيع فان دير فال الخالي من المخلفات من الهياكل غير المتجانسة للمواد ثنائية الأبعاد

1.6K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/68540

⸱

يوليو 18, 2025

 ,  , 
1School of Mechanical and Robotics Engineering, Gwangju Institute of Science and Technology

* These authors contributed equally

في هذه المقالة

ملخص

تقدم هذه الدراسة منهجية تصنيع خالية من المخلفات لإنتاج رقائق مفردة من مواد ثنائية الأبعاد وتجميعها في هياكل غير متجانسة معقدة باستخدام تفاعلات فان دير فالس فقط. تلغي هذه التقنية الحاجة إلى المواد الخارجية والظروف التجريبية المحددة ، مما يتيح تجميعات البنية غير المتجانسة المعقدة من خلال عمليات التكديس من أسفل إلى أعلى ومن أعلى إلى أسفل ومعيارية.

الملخص

في هذا العمل ، يتم تقديم منهجية فريدة تستخدم تفاعلات فان دير فال (vdW) لتصنيع رقائق مفردة خالية من المخلفات من مواد ثنائية الأبعاد (2D) ، والتي يتم تجميعها لاحقا في هياكل غير متجانسة معقدة. يركز النهج على ضمان خلو الرقائق من أي بقايا يمكن أن تؤثر على خصائصها وأدائها. تؤكد الأدلة المستمدة من الفحص المجهري للقوة الذرية والتحليل الطيفي رامان أن رقائق نيتريد البورون السداسية المنقولة (h-BN) وثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS2) تظهر تسطيحا ممتازا وخصائص خالية من الإجهاد ، وهي ضرورية لمختلف التطبيقات في الإلكترونيات والإلكترونيات الضوئية. علاوة على ذلك ، يتم توضيح عمليات الالتقاط والإفراج للتقشر المستهدف باستخدام ختم خال من البقايا ، يتم التحكم فيه من خلال نوع القوة المطبقة في الواجهة ، سواء كانت عادية أو قص. من خلال توجيه حركة الختم الخالي من البقايا بعناية ، يتم تحقيق التجميع الناجح للهياكل غير المتجانسة h-BN / MoS2 / h-BN من خلال عمليات التكديس من أسفل إلى أعلى ومن أعلى إلى أسفل. علاوة على ذلك ، تم تكديس الهياكل غير المتجانسة المجمعة مسبقا بشكل معياري لإنشاء بنية غير متجانسة أكثر تعقيدا ، مما يعرض تعدد استخدامات المنهجية المقترحة. لا يتيح هذا العمل تحقيق رقائق مفردة خالية من المخلفات من مواد ثنائية الأبعاد فحسب ، بل يمهد الطريق أيضا لتقنيات تصنيع محسنة في الهياكل غير المتجانسة vdW.

المقدمة

أدى التطور السريع للمواد ثنائية الأبعاد (2D) إلى تحويل العديد من مجالات البحث بشكل كبير ، مما خلق فرصا غير مسبوقة للأجهزة المتقدمة. الخصائص الرائعة لهذه المواد ، بما في ذلك الموصلية الكهربائية الاستثنائية والقوة الميكانيكية والاستقرار الحراري ، تجعلها مرشحة مثالية للتطبيقات في الأجهزة الإلكترونية والإلكترونية الضوئية ، وحلول الإدارة الحرارية ، وأنظمة تخزين الطاقة ، وأجهزة الاستشعار1،2،3،4،5،6،7،8. بالإضافة إلى ذلك ، فإن القدرة على بناء الهياكل غير المتجانسة فان دير فال (vdW) تعزز وظائفها ، مما يسمح بالهندسة الدقيقة لهياكل النطاق وتفاعلات الطبقاتالبينية 9،10،11،12،13. يمكن أن تؤدي هذه القدرة إلى خصائص مواد جديدة أو محسنة مصممة خصيصا لتطبيقات محددة.

ومع ذلك ، فإن التعامل مع المواد ثنائية الأبعاد ومعالجتها يشكلان تحديات كبيرة ، لا سيما في الحفاظ على جودتها الاستثنائية أثناء المعالجة. يمكن أن يؤدي تلوث المخلفات من تقنيات التصنيع التقليدية إلى تقويض سلامة المواد بشكل كبير ، مما يؤثر سلبا على أدائها وموثوقيتها في الأجهزة14،15. غالبا ما يترك استخدام البوليمرات في تصنيع المواد ثنائية الأبعاد بقايا غير مرغوب فيها16،17. لمعالجة هذه المشكلة ، استكشف العديد من الباحثين تقنيات التصنيع المتقدمة وعمليات النقل النظيفة لتعزيز إنتاج مواد ثنائية الأبعاد عالية النقاء. قدم Wang et al. تقنية تجميع مبتكرة تستفيد من التصاق vdW لتحقيق واجهات نظيفة في الهياكل غير المتجانسة من الجرافين / نيتريدالبورون 18. بناء على هذا المفهوم ، استخدم Wen et al. مؤخرا تقنية النقل الجاف بمساعدة vdW باستخدام h-BN كطبقة وسيطة ، مما سمح بالانفصال النظيف للرقائق المفردة عن طريق التقشير الجانبي لطبقةvdW 19. في تقنية سابقة بارزة ، Pizzocchero et al. طور تقنية "الالتقاط الساخن" لتجميع دفعات الهياكل غير المتجانسة ، مما يدل على إنتاج سريع وعالي الغلة للواجهات الخالية من البثور عن طريق التكديس في درجات حرارةمرتفعة 20. بالإضافة إلى ذلك ، اقترح وانغ وآخرون نهجا خاليا من البوليمر باستخدام أغشية نيتريد السيليكون المرنة ، والتي تسمح بالتجميع النظيف تحت فراغ فائق الارتفاع ودرجات حرارةعالية 21. في حين أن الدراسات السابقة قد طورت طرقا ممتازة ، إلا أن القدرة على الحصول على رقائق مفردة خالية من البقايا وتنفيذ طريقة معالجة سهلة تظل ضرورية. لذلك ، يعد تطوير طرق فعالة للمعالجة الخالية من المخلفات أمرا بالغ الأهمية لتعظيم إمكانات المواد ثنائية الأبعاد في التطبيقات العملية.

في العمل السابق الذي قام به Lee et al. ، تم تطوير طريقة تصنيع جديدة تستفيد من تفاعلات vdW المتأصلة بين المواد ثنائية الأبعاد للحصول على رقائق مفردة وتجميع الهياكل غير المتجانسة دون استخدام طبقات دعم البوليمر22. أكد التوصيف الشامل ، بما في ذلك الفحص المجهري للقوة الذرية (AFM) ، والفحص المجهري الإلكتروني عالي الدقة (HR-TEM) ، والتحليل الطيفي للإلكترون الضوئي بالأشعة السينية (XPS) ، والقياسات الكهربائية ، الطبيعة الخالية من المخلفات لكل من الرقائق المنقولة والهياكل غير المتجانسة الناتجة. بناء على منصة النقل الخالية من المخلفات ، يوفر العمل الحالي دليلا مفصلا وموجها نحو البروتوكول يغطي العملية بأكملها من الإعداد التجريبي إلى تقنية التجميع الموسعة للهياكل غير المتجانسة المعقدة. على وجه التحديد ، تم تفصيل إعداد نظام النقل الجاف ، واستراتيجيات إعداد الطوابع ، والإجراءات المحسنة للحصول على رقائق نظيفة ورقيقة من h-BN و MoS2 . تستخدم هذه المواد على نطاق واسع بسبب التصاق vdW القوي والخصائص الإلكترونية المفيدة13،23،24،25. بالإضافة إلى ذلك ، يتم وصف التقنيات المنهجية للالتقاط المتسلسل والإطلاق الخالي من البقايا ، جنبا إلى جنب مع العديد من تقنيات التجميع غير المتجانسة مثل عمليات التكديس من أعلى إلى أسفل ومن أسفل إلى أعلى ومعيارية.

تم تنظيم المقالة على النحو التالي: الخطوة 1 والخطوة 2 بالتفصيل تصميم نظام النقل الجاف وتصنيع نوعين من الطوابع ، والتي تشمل ختم التقشير المسبق وختم الشريط. تحدد الخطوة 3 عملية إنتاج رقائق خالية من المخلفات باستخدام هذه الطوابع. تصف الخطوة 4 والخطوة 5 إجراءات التكديس الرأسي عبر ختم خال من المخلفات ، مما يتيح بناء هياكل غير متجانسة معقدة. أخيرا ، تقدم الخطوة 6 تقنية ضغط طرف AFM لإزالة البثور البينية بشكل انتقائي ، وبالتالي تحسين جودة الوجه بعد التجميع. بشكل عام ، تهدف هذه البروتوكولات إلى توفير منهجية متعددة الاستخدامات وقابلة للتكرار لتصنيع هياكل غير متجانسة ثنائية الأبعاد نظيفة وعالية الجودة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

تفاصيل المواد الاستهلاكية والمعدات المستخدمة في هذه الدراسة مدرجة في جدول المواد.

1. أجهزة التصنيع الخالية من المخلفات

ملاحظة: يتم تنفيذ التصنيع الخالي من البقايا للمواد ثنائية الأبعاد في ظل الظروف المحيطة باستخدام إعداد نقل جاف مخصص. يتكون الإعداد من ثلاثة مكونات رئيسية: مجهر بصري مخصص ، ومرحلة عينة المحور XY ، ومناور ختم محور XYZ (الشكل 1 أ). يتم تثبيت هذه المكونات على طاولة مضادة للاهتزاز لتقليل الاضطراب الخارجي أثناء التشغيل. يتم التحكم في الإعداد يدويا.

  1. المجهر البصري: قم بتجهيز المجهر البصري التجاري المخصص بعدسات موضوعية لمسافات عمل طويلة (5× و 10× و 20× و 50× و 100×) وكاميرا رقمية لتحقيق التكبير المناسب ومساحة المعالجة الكافية. قم بتوصيل الكاميرا بالكمبيوتر ، مما يؤكد التوافق مع برنامج جمع البيانات.
  2. مرحلة عينة المحور XY: قم بتجميع مرحلتي ترجمة خطيتين لتسهيل التعديلات الدقيقة لمرحلة العينة في كل من اتجاهي X و Y. بالإضافة إلى ذلك ، قم بتثبيت حامل عينة مسطح لاستيعاب العينة فوق المرحلة بشكل صحيح (الشكل 1 ب).
  3. مناور ختم المحور XYZ: قم بتجميع ثلاث مراحل ترجمة خطية باستخدام لوحة تثبيت بزاوية قائمة لإنشاء مناور محور XYZ مع تعديلات دقيقة. بعد ذلك ، استخدم لوحة تثبيت إضافية بزاوية قائمة ولوحة مغناطيسية لتثبيت ختم بمغناطيس بإحكام (الشكل 1C).
    ملاحظة: يجب تركيب المعالج بالقرب من مرحلة العينة بدرجة كافية لتوفير وصول كاف للختم. بالإضافة إلى ذلك ، فإن مرحلة الترجمة قادرة على التحرك لأكثر من 2 سم في اتجاه المحور Z.

2. إعداد الطوابع

ملاحظة: لا يؤثر حجم قطعة الشريط المستخدمة لإنشاء الطوابع بشكل كبير على العملية. بالإضافة إلى ذلك ، يوصى بإزالة فيلم التغطية مباشرة قبل استخدام الختم لتوفير التصاق آمن.

  1. قم بإعداد ختم شريط على الوجهين (ختم ما قبل التقشير).
    1. قم بقص قطعة من شريط Kapton على الوجهين إلى شكل مستطيل بحجم 4 مم × 5 مم (الشكل 2 أ).
    2. قم بلصق قطعة الشريط على الوجهين على الحافة الوسطى للشريحة الزجاجية ، ثم قم بإزالة فيلم التغطية (الشكل 2 ب).
  2. قم بإعداد ختم شريط من جانب واحد (ختم الشريط).
    1. قطع قطعة من الشريط أحادي الجانب إلى شكل معين ، بطول كل جانب 5-6 مم (الشكل 2 ج).
    2. اجعله مطابقا لختم الشريط على الوجهين الموضح في الخطوة 2.1.
    3. قم بلصق قطعة الشريط أحادي الجانب بحيث يكون الجانب اللاصق متجها لأعلى ، مع التأكد من أن الرأس الضيق يمتد 1 مم إلى ما وراء حافة الشريحة الزجاجية ، على الشريط على الوجهين (الشكل 2 د).
      ملاحظة: نظرا لأن الشريط أحادي الجانب يمتد إلى ما وراء حافة الشريحة الزجاجية ، فقد تم اختيار شريط ذو صلابة عالية لتقليل الانحناء أثناء استخدام الطابع.
    4. قم بإزالة فيلم التغطية لفضح السطح اللاصق للشريط أحادي الجانب.

3. تصنيع منطقة خالية من المخلفات وتقشر واحد

  1. قم بإجراء عملية التقشير المسبق على بلورة سائبة.
    1. قم بإعداد قطعة من الكريستال السائب باستخدام قطعة قطن وشفرة حلاقة.
    2. قم بتوصيل البلورة بالسطح اللاصق لختم ما قبل التقشير (الشكل 3 أ). بعد ذلك ، ضع ختما آخر قبل التقشير فوق الكريستال لإنشاء تكوين شطيرة.
      ملاحظة: عند استخدام طوابع ما قبل التقشير ، من الضروري التأكد من أن سطح البلورة السائبة بالكامل يلتصق بشكل موحد بالختم ، وهو أمر بالغ الأهمية للحصول على سطح كبير ومسطح بعد عملية التقشير.
    3. قشر هذه العملية برفق وكرر هذه العملية من 3 إلى 5 مرات حتى يتم الحصول على بلورة نظيفة وموحدة بسمك ميكرون (الشكل 3 ب).
      ملاحظة: يجب تكرار عدد التكرارات المطلوبة في عملية التقشير حتى يتم الحصول على بلورة موحدة ورقيقة مسبقا موحدة بما فيه الكفاية. تحدد هذه العملية سمك وجودة المنطقة الخالية من البقايا التي سيتم الحصول عليها لاحقا.
  2. قم بإعداد ركيزة نظيفة لثاني أكسيد السيليكون / السيليكون (SiO2 / Si).
    ملاحظة: لتقليل احتمالية وجود بقايا خارجية ، تم فحص حالة الركيزة التي تم تنظيفها باستخدام مجهر بصري 100x قبل الاستخدام. للتعرف البصري على المواد الرقيقة ثنائية الأبعاد ، يوصى باستخدام SiO2 بسمك 300 نانومتر.
    1. قم بتقطيع رقاقة SiO2 / Si المزروعة حراريا بسمك 300 نانومتر إلى قطع بحجم 1 سم × 1 سم باستخدام قطاعة بسكويت الويفر.
    2. اغمر الركائز في الأسيتون عالي النقاء من الدرجة الإلكترونية والصوتنة لمدة 2 دقيقة باستخدام منظف بالموجات فوق الصوتية.
      ملاحظة: يتم إجراء تنظيف صوتنة الأسيتون داخل غطاء الدخان.
    3. اشطف الركائز بالماء منزوع الأيونات عالي النقاء.
    4. جفف الركائز باستخدام ضربة النيتروجين ، متبوعا بوضعها على صفيحة ساخنة أعلى من 100 درجة مئوية لمدة 5 دقائق على الأقل لمنع تتبع بقايا المذيبات.
    5. قم بإجراء معالجة ببلازما الأكسجين بمعدل تدفق غاز الأكسجين 100 sccm ، وضغط أساسي 1 × 10-2 Torr ، وقوة 100 واط. قم بتثبيت تدفق الغاز لمدة 60 ثانية ، وقم بتطبيق البلازما لمدة 10 ثوان ، ثم قم بالتطهير لمدة 20 ثانية وتنفيس لمدة 20 ثانية أخرى.
  3. احصل على المنطقة الخالية من البقايا (فيديو 1).
    ملاحظة: يظهر الفيديو 1 اكتساب منطقة خالية من المخلفات من h-BN المقشر مسبقا. يعرض الشكل 2 هاء مثال الصورة للأداة للمساعدة في فهم العملية. سبب توصيل قطعة الشريط بالحافة الوسطى للشريحة الزجاجية هو تقليل التداخل بين مرحلة العينة ومناور الطوابع (المسافة ≈ 1 سم).
    1. ضع البلورة المقشرة مسبقا على مرحلة العينة.
      ملاحظة: يتم لصق جميع العينات المحملة على حامل العينة بشريط على الوجهين.
    2. قم بتأمين ختم الشريط بزاوية إمالة لا تقل عن 5 درجات على اللوحة المغناطيسية لمناور الطوابع باستخدام مغناطيس. يتم تحقيق إمالة الختم باستخدام مكدس الانزلاق الزجاجي كدعم في الجانب الخلفي من الختم (الشكل 2E).
      ملاحظة: يتم استخدام هذا الإمالة باستمرار في جميع العمليات التي تتضمن ختم الشريط.
    3. قم بمحاذاة ختم الشريط فوق البلورة المقشرة مسبقا عن طريق ضبط مرحلة العينة.
    4. قم بتوصيل ختم الشريط بالسطح العلوي للبلورة عن طريق ضبط مناور الطوابع في الاتجاه -Z (الشكل 3C).
    5. قم بتقشير المنطقة الرقيقة الخالية من البقايا برفق عن طريق ضبط مناور الطوابع في اتجاه + Z (الشكل 3 د).
      ملاحظة: عند تقشير المنطقة الخالية من البقايا ، يؤدي تحريك مرحلة العينة في نفس الوقت في اتجاه + X إلى أداء معالجة أكثر استقرارا عن طريق تقليل التوتر المطبق على مادة التقشير ، مما يسهل الوصول إلى منطقة أكبر خالية من البقايا. بالإضافة إلى ذلك ، تعتبر المناطق غير الملامسة للشريط فقط مناطق خالية من البقايا.
  4. احصل على رقائق مفردة خالية من البقايا وختم خال من البقايا (فيديو 2 وفيديو 3).
    ملاحظة: يوضح الفيديو 2 والفيديو 3 عملية الحصول على رقائق مفردة خالية من المخلفات من h-BN و MoS2 ، على التوالي.
    1. ضع الركيزة النظيفة على مرحلة العينة.
    2. قم بلصق المنطقة الخالية من البقايا بإحكام بالركيزة عن طريق ضبط مناور الطوابع في اتجاه -Z (الشكل 3E).
    3. قشر الرقائق المفردة عن طريق ضبط مناور الطوابع في اتجاه + Z (الشكل 3F).
      ملاحظة: يتم تقشير التقشر من خلال تفاعلات vdW مع الركيزة. على غرار عملية الحصول على المنطقة الخالية من البقايا الموضحة في الخطوة 3.3.5 ، من المفيد تحريك مرحلة العينة في نفس الوقت في اتجاه + X لتسهيل تفريغ القشرة الخالية من البقايا. يمكن استخدام منطقة خالية من البقايا للحصول على رقائق مفردة بشكل متكرر. بالإضافة إلى ذلك ، تعمل المنطقة الخالية من البقايا المتبقية كختم خال من البقايا يستخدم للتلاعب بالرقائق.

4. مبادئ التلاعب بالتقشر المستهدف: عمليات الالتقاط والإفراج

  1. التقط الرقائق المستهدفة باستخدام الختم الخالي من البقايا.
    1. قم بمحاذاة الختم الخالي من البقايا مع الرقائق المستهدفة عن طريق ضبط مناور الطوابع.
    2. اتصل بمنطقة جزئية من القشرة المستهدفة بالختم الخالي من البقايا عن طريق تحريك مناور الطوابع في الاتجاه -Z (الشكل 4 أ).
    3. ارفع الرقائق المستهدفة بالختم الخالي من البقايا عن طريق ضبط الختم بعناية في اتجاه + Z الشكل 4 ب).
      ملاحظة: طاقة التصاق vdW بين المواد ثنائية الأبعاد أكبر من تلك الموجودة بين SiO2 والمواد ثنائية الأبعاد ، مما يتيح عملية الالتقاط.
  2. حرر الرقائق المستهدفة على الركيزة.
    1. ضع ركيزة نظيفة على مرحلة العينة.
    2. قم بمحاذاة التقشر الملتقط إلى الموضع المستهدف عن طريق ضبط مناور الطوابع.
    3. اتصل بقوة بكامل منطقة الرقائق المستهدفة بالركيزة عن طريق ضبط مناور الطوابع في الاتجاه -Z (الشكل 4C).
      ملاحظة: تأكد من إجراء ملامسة كافية للمنطقة الخالية من البقايا من الختم ، بينما تظل منطقة الشريط كما هي لمنع تكوين بقايا غير ضرورية.
    4. ضع الرقائق المستهدفة من الختم الخالي من البقايا عن طريق ضبط مناور الطوابع في اتجاه + X الشكل 4 د).
      ملاحظة: تستخدم عملية الإطلاق الحركة في اتجاه -X لتطبيق قوة القص في واجهة vdW بين المواد ثنائية الأبعاد ، مما يؤدي إلى تشحيم فائق. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تحريك مرحلة العينة في نفس الوقت في اتجاه -X يسهل التنفيذ الأكثر سلاسة لعملية الإصدار.

5. تصنيع تجميعات البنية غير المتجانسة vdW الخالية من المخلفات

ملاحظة: يتم تنفيذ جميع عمليات الالتقاط والتحرير كما هو موضح في القسم 4 باستخدام ختم MoS2 الخالي من المخلفات. يتم استخدام بلورات MoS2 الاصطناعية (نمو منطقة التدفق) وبلورات h-BN (نمو خلايا السندان عالية الضغط).

  1. قم بتنفيذ الخطوة 3 للحصول على الرقائق المفردة المطلوبة من MoS2 و h-BN ، بالإضافة إلى الختم الخالي من البقايا.
    ملاحظة: يتم وضع جميع الرقائق المفردة عن قصد عن كثب على الركيزة للتصور في الفيديو 4.
  2. قم بتجميع البنية غير المتجانسة h-BN / MoS2 / h-BN من خلال عملية تكديس من أسفل إلى أعلى ، يشار إليها باسم Hetero A (فيديو 4).
    1. التقط رقائق MoS2 باستخدام طابع MoS2 الخالي من البقايا.
      ملاحظة: طاقة التصاق vdW بين المواد ثنائية الأبعاد أكبر من تلك الموجودة بين SiO2 والمواد ثنائية الأبعاد ، مما يسمح بالجمع الناجح بين الرقائق المستهدفة والختم الخالي من المخلفات مع أي اقتران بين h-BN و MoS2.
    2. حرره على رقائق h-BN ، وبالتالي تجميع هيكل MoS2 / h-BN.
      ملاحظة: إذا كان جزء من الطبقة العليا على اتصال مع ركيزة SiO2 أثناء التجميع ، فيمكن تحقيق إطلاق أكثر استقرارا. على العكس من ذلك ، إذا لم تتمكن الطبقة العليا من الاتصال بالركيزة ، فيمكن أن تحدث التشحيم الفائق أيضا بين الطبقتين العلوية والسفلية. في هذا السياق ، من الضروري تقليل مساحة التداخل بين الختم الخالي من البقايا والرقائق المستهدفة أثناء عملية الالتقاط لضمان الإطلاق الفعال.
    3. التقط رقائق h-BN أخرى وحررها على هيكل MoS2 / h-BN (الشكل 5).
  3. قم بتجميع البنية غير المتجانسة h-BN / MoS2 / h-BN من خلال عملية تكديس من أعلى إلى أسفل ، يشار إليها باسم Hetero B (فيديو 5).
    1. التقط رقائق h-BN باستخدام طابع MoS2 الخالي من البقايا.
    2. استخدم تقشر h-BN الملتقط لتغطية رقائق MoS2 ، ثم التقط رقائق MoS2 مع رقائق h-BN التي تم التقاطها بالفعل ، لتشكيل هيكل h-BN / MoS2 .
    3. حرر الهيكل المدمج على رقائق h-BN أخرى (الشكل 6).
      ملاحظة: لتسهيل عملية التكديس المعيارية اللاحقة ، تم تصميم طبقة واحدة من البنية غير المتجانسة عن قصد بحيث يكون لها مساحة كبيرة بما فيه الكفاية لعملية الالتقاط.
  4. قم بتجميع Hetero A و Hetero B كبنية غير متجانسة من ست طبقات من خلال عملية تكديس معيارية (فيديو 6).
    1. التقط Hetero B بالكامل باستخدام الختم الخالي من البقايا.
    2. حرر Hetero B على Hetero A.
      ملاحظة: يؤدي الجمع بين هيكلين غير متجانسين إلى التفكيك بسبب ملامسة بعضهما البعض. لذلك ، يوصى بإجراء عملية الإصدار في محاولة واحدة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تحريك مرحلة العينة إلى الأمام في اتجاه -X يعزز أداء عملية التكديس المعيارية.

6. تقنية الضغط AFM-tip

ملاحظة: هذه التقنية هي عملية اختيارية مصممة لتحسين التجميع وتعمل كطريقة معالجة لاحقة لإزالة البثور أو التلوث المتكون في السطح البيني غير المتجانس.

  1. جهز طرف السيليكون بثابت زنبركي عالي.
    ملاحظة: الطرف غير الملامس مناسب تماما لعملية الضغط.
  2. قم بتحميل العينة على مرحلة AFM.
  3. قم بتعيين قوة مطبقة مناسبة بمعدل مسح 1 هرتز وكسب مؤازرة Z يبلغ 1. يوصى بزيادة القوة تدريجيا ، بدءا من قيمة منخفضة (على سبيل المثال ، بين 5 نانوتن و 2000 نانوتن).
  4. قم بزيادة القوة المطبقة تدريجيا من 30 نانونيوتن إلى 1000 نيوتن أثناء عملية الضغط. اضبط نطاق المسح لتغطية الواجهة غير المتجانسة بالكامل ، وتمتد إلى حواف كل تقشر ، لضمان الإزالة الكاملة للبثور.
    ملاحظة: تختلف القوة المثلى لعملية الضغط اعتمادا على سمك العينة وحالة الواجهة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

يقوم البروتوكول الموصوف هنا بتصنيع رقائق مفردة خالية من المخلفات وتجميعات بنية غير متجانسة معقدة من خلال استخدام تفاعلات vdW حصريا. في الدراسة السابقة ، تم إجراء توصيفات شاملة لمورفولوجيا السطح والتركيب الكيميائي والخصائص الكهربائية لرقائق MoS2 الخالية من المخلفات22. كما هو موضح في الشكل 7 ، تم استخدام HR-TEM لفحص بنية السطح على المستوى الذري. تؤكد صورة HR-TEM ونمط حيود الإلكترون في المنطقة المحددة (SAED) الهيكل السداسي المت...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

تتيح الاستفادة من تفاعلات vdW والتحكم في اتجاه القوى المطبقة في واجهة vdW تجميع الهياكل التي تتراوح من الرقائق المفردة الخالية من البقايا إلى الهياكل غير المتجانسة. على عكس الأساليب الأخرى ، تلغي هذه الطريقة الحاجة إلى بنية تحتية معقدة ، وعمليات تصنيع صارمة ، ومتغيرات تجريبية مثل التعرض للبوليمرات أو المذيبات أو التغيرات في درجات الحرارة23،24. بالإضافة إلى تصنيع الرقائق المفردة الخالية من البقايا ، يمكن تجميع الهياكل غير المتجانس...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

تم دعم هذا البحث من قبل منحة المؤسسة الوطنية للبحوث (NRF) في كوريا بتمويل من الحكومة الكورية (وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات) (RS-2022-NR070247 و RS-2023-00218908) ومنحة GIST-MIT للتعاون البحثي الممولة من GIST.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
مجهر القوة الذريةأنظمة الحدائقإكس إي -100
مجهر رامان متحد البؤرهوريباتطور LabRAM HR
وضع الاتصال AFM تلميح   ؛أجهزة الاستشعار النانويةPPP-CONTSCRلقياس وضع التلامس ، ثابت الزنبرك: 0.2 نيوتن / م   ؛
كاميرا رقميةسونيE3ISPM06300KPB
شريط كابتون على الوجهينشارع دايهيونالمعيار ST-930Hلربط الشريط أحادي الجانب بالشريحة الزجاجية
كريستال h-BNأشباه الموصلات 2DBLK-hBNنمو خلايا السندان عالي الضغط
بلورة MoS2أشباه الموصلات 2DBLK-MoS2-SYNالكريستال الاصطناعي ، نمو منطقة التدفق
وضع عدم الاتصال AFM تلميح   ؛أجهزة الاستشعار النانويةالشراكة بين القطاعين العام والخاص- المركز الوطني لحقوق الإنسانللضغط النانوي ، ثابت الزنبرك العالي: 42 نيوتن / م
مجهر بصريأوليمبوسبي اكس 51
نظام البلازما علم الفيمتولطيف - 1 ميجابكسل / صلعلاج بلازما الأكسجين
شريط أحادي الجانبنيتو دينكوريفالفا RA-98LS (ن)شريط صلابة عالي
منظف بالموجات فوق الصوتيةبرانسون5510E-DTH

المراجع

  1. Piacentini, A., et al. Stable Al2O3 encapsulation of MoS2-FETs enabled by CVD grown h-BN. Adv Electron Mater. 8 (9), 2200123(2022).
  2. Wu, Y., et al. scaled graphene transistors on diamond-like carbon. Nature. 472 (7341), 74-78 (2011).
  3. Zhang, S., et al. Memristors based on two-dimensional h-BN materials: synthesis, mechanism, optimization and application. NPJ 2D Mater Appl. 8 (1), 81(2024).
  4. Xia, F., Mueller, T., Lin, Y., Valdes-Garcia, A., Avouris, P. Ultrafast graphene photodetector. Nat Nanotechnol. 4 (12), 839-843 (2009).
  5. Lopez-Sanchez, O., Lembke, D., Kayci, M., Radenovic, A., Kis, A. Ultrasensitive photodetectors based on monolayer MoS2. Nat Nanotechnol. 8 (7), 497-501 (2013).
  6. Yan, Z., Liu, G., Khan, J. M., Balandin, A. A. Graphene quilts for thermal management of high-power GaN transistors. Nat Commun. 3 (1), 827(2012).
  7. Acerce, M., Voiry, D., Chhowalla, M. Metallic 1T phase MoS2 nanosheets as supercapacitor electrode materials. Nat Nanotechnol. 10 (4), 313-318 (2015).
  8. He, Q., et al. Fabrication of flexible MoS2 thin-film transistor arrays for practical gas-sensing applications. Small. 8 (19), 2994-2999 (2012).
  9. Geim, A. K., Grigorieva, I. Van der Waals heterostructures. Nature. 499 (7459), 419-425 (2013).
  10. Bellus, M. Z., et al. Type-I van der Waals heterostructure formed by MoS2 and ReS2 monolayers. Nanoscale Horiz. 2 (1), 31-36 (2017).
  11. Hong, X., et al. Ultrafast charge transfer in atomically thin MoS2/WS2 heterostructures. Nat Nanotechnol. 9 (9), 682-686 (2014).
  12. Yan, R., et al. Esaki diodes in van der Waals heterojunctions with broken-gap energy band alignment. Nano Lett. 15 (9), 5791-5798 (2015).
  13. Withers, F., et al. Light-emitting diodes by band-structure engineering in van der Waals heterostructures. Nat Mater. 14 (3), 301-306 (2015).
  14. Dong, W., Dai, Z., Liu, L., Zhang, Z. Toward clean 2D materials and devices: Recent progress in transfer and cleaning methods. Adv Mater. 36 (22), 2303014(2024).
  15. Liu, H., Zhao, J., Ly, T. H. Clean transfer of two-dimensional materials: A comprehensive review. ACS Nano. 18 (18), 11573-11597 (2024).
  16. Pettes, M. T., Jo, I., Yao, Z., Shi, L. Influence of polymeric residue on the thermal conductivity of suspended bilayer graphene. Nano Lett. 11 (3), 1195-1200 (2011).
  17. Mondal, A., et al. Low Ohmic contact resistance and high on/off ratio in transition metal dichalcogenides field-effect transistors via residue-free transfer. Nat Nanotechnol. 19 (1), 34-43 (2024).
  18. Wang, L., et al. One-dimensional electrical contact to a two-dimensional material. Science. 342 (6158), 614-617 (2013).
  19. Wen, S., et al. Contamination-free assembly of two-dimensional van der Waals heterostructures toward high-performance electronics and optoelectronics. Appl Mater Today. 43, 102657(2025).
  20. Pizzocchero, F., et al. The hot pick-up technique for batch assembly of van der Waals heterostructures. Nat Commun. 7 (1), 11894(2016).
  21. Wang, W., et al. Clean assembly of van der Waals heterostructures using silicon nitride membranes. Nat Electron. 6 (12), 981-990 (2023).
  22. Lee, M., et al. Residue-free fabrication of 2D materials using van der Waals interactions. Adv Mater. 37 (21), 2418669(2025).
  23. Lee, G. -H., et al. Flexible and transparent MoS2 field-effect transistors on hexagonal boron nitride-graphene heterostructures. ACS Nano. 7 (9), 7931-7936 (2013).
  24. Lee, G. -H., et al. Highly stable, dual-gated MoS2 transistors encapsulated by hexagonal boron nitride with gate-controllable contact, resistance, and threshold voltage. ACS Nano. 9 (7), 7019-7026 (2015).
  25. Rokni, H., Lu, W. Direct measurements of interfacial adhesion in 2D materials and van der Waals heterostructures in ambient air. Nat Commun. 11 (1), 5607(2020).
  26. Eda, G., et al. Photoluminescence from chemically exfoliated MoS2. Nano Lett. 11 (12), 5111-5116 (2011).
  27. Ma, Z., et al. Control of hexagonal boron nitride dielectric thickness by single-layer etching. J Mater Chem C. 7 (21), 6273-6278 (2019).
  28. Peimyoo, N., et al. Laser-writable high-k dielectric for van der Waals nanoelectronics. Sci Adv. 5 (1), eaau0906(2019).
  29. Liang, J., et al. Impact of post-lithography polymer residue on the electrical characteristics of MoS2 and WSe2 field effect transistors. Adv Mater Interfaces. 6 (3), 1801321(2019).
  30. Xiao, S., et al. Atomic-layer soft plasma etching of MoS2. Sci Rep. 6, 19945(2016).
  31. Koperski, M., Vaclavkova, D., Watanabe, K., Taniguchi, T., Novoselov, K. S., Potemski, M. Midgap radiative centers in carbon-enriched hexagonal boron nitride. Proc Natl Acad Sci. 117 (24), 13214-13219 (2020).
  32. Li, H., et al. From bulk to monolayer MoS2: Evolution of Raman scattering. Adv Funct Mater. 22 (7), 1385-1390 (2012).
  33. Bampoulis, P., Teernstra, V. J., Lohse, D., Zandvliet, H. J. W., Poelsema, B. Hydrophobic Ice Confined between Graphene and MoS2. J Phys Chem C. 120 (47), 27079-27084 (2016).
  34. Ghorbanfekr-Kalashami, H., Vasu, K. S., Nair, R. R., Peeters, F. M., Neek-Amal, M. Dependence of the shape of graphene nanobubbles on trapped substance. Nat Commun. 8 (1), 15844(2017).
  35. Haigh, S. J., et al. Cross-sectional imaging of individual layers and buried interfaces of graphene-based heterostructures and superlattices. Nat Mater. 11 (9), 764-767 (2012).
  36. Purdie, D. G., Pugno, N. M., Taniguchi, T., Watanabe, K., Ferrari, A. C., Lombardo, A. Cleaning interfaces in layered materials heterostructures. Nat Commun. 9 (1), 5387(2018).
  37. Rosenberger, M. R., et al. Nano-"Squeegee" for the creation of clean 2D material interfaces. ACS Appl Mater Interfaces. 10 (12), 10379-10387 (2018).
  38. Hanbicki, A. T., et al. Double indirect interlayer exciton in a MoSe2/WSe2 van der Waals heterostructure. ACS Nano. 12 (5), 4719-4726 (2018).
  39. Liu, Y., et al. Interlayer friction and superlubricity in single-crystalline contact enabled by two-dimensional flake-wrapped atomic force microscope tips. ACS Nano. 12 (8), 7638-7646 (2018).
  40. Li, H., et al. Superlubricity between MoS2 monolayers. Adv Mater. 29 (27), 1701474(2017).
  41. Tian, J., et al. Tribo-Induced interfacial material transfer of an atomic force microscopy probe assisting superlubricity in a WS2/graphene heterojunction. ACS Appl Mater Interfaces. 12 (3), 4031-4040 (2020).
  42. Liang, D., et al. First-principles study of superlubricity of two-dimensional graphene/WS2 heterostructures. Tribol Lett. 73 (1), 1-9 (2025).
  43. Li, H., et al. Superlubricity of molybdenum disulfide film. Surf Sci Technol. 1 (1), 27(2023).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

تجميع البنى غير المتجانسةنيتريد البورون السداسيثاني كبريتيد الموليبدينوممجهر القوة الذريةمطيافية رامانالمجهر الإلكتروني النافذالتكديس من الأسفل إلى الأعلى
تصنيع فان دير فال الخالي من المخلفات من الهياكل غير المتجانسة للمواد ثنائية الأبعاد
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.