הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

ייצור ללא שאריות של מבנים הטרו-ממדיים של ואן דר ואלס מחומרים דו-ממדיים

1.6K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/68540

⸱

18 ביולי 2025

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

* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

מחקר זה מציג מתודולוגיית ייצור נטולת שאריות לייצור פתיתים בודדים של חומרים דו-ממדיים והרכבתם למבנים הטרו-ממדיים מורכבים תוך שימוש באינטראקציות ואן דר ואלס בלבד. הטכניקה מבטלת את הצורך בחומרים חיצוניים ובתנאי ניסוי ספציפיים, ומאפשרת הרכבות הטרו-מבניות מורכבות באמצעות תהליכי ערימה מלמטה למעלה, מלמעלה למטה ומודולריים.

תקציר

בעבודה זו מוצגת מתודולוגיה ייחודית המשתמשת באינטראקציות ואן דר ואלס (vdW) כדי לייצר פתיתים בודדים נטולי שאריות של חומרים דו-ממדיים (2D), המורכבים לאחר מכן למבנים הטרו-ממדיים מורכבים. הגישה מתמקדת בהבטחה שהפתיתים נקיים מכל שאריות שעלולות להשפיע על תכונותיהם וביצועים. עדויות ממיקרוסקופ כוח אטומי וספקטרוסקופיה של ראמאן מאשרות כי פתיתי הבורון ניטריד המשושה המועבר (h-BN) והמוליבדן דיסולפיד (MoS2) מציגים שטיחות מצוינת ומאפיינים נטולי מתח, החיוניים ליישומים שונים באלקטרוניקה ואופטואלקטרוניקה. יתר על כן, תהליכי האיסוף והשחרור של פתית מטרה מודגמים באמצעות חותמת נטולת שאריות, הנשלטת על ידי סוג הכוח המופעל בממשק, בין אם רגיל או גזירה. על ידי הכוונה קפדנית של התנועה של החותמת נטולת השאריות, הרכבה מוצלחת של מבנים הטרו-מבנים h-BN/MoS2/h-BN מושגת באמצעות תהליכי הערמה מלמטה למעלה ומלמעלה למטה. יתר על כן, מבנים הטרו-מבנים שהורכבו מראש נערמו באופן מודולרי כדי ליצור מבנה הטרו-מבנה מורכב יותר, המציג את הרבגוניות של המתודולוגיה המוצעת. עבודה זו לא רק מאפשרת להשיג פתיתים בודדים נטולי שאריות של חומרים דו-ממדיים, אלא גם סוללת את הדרך לטכניקות ייצור משופרות במבנים הטרו-ממדיים של vdW.

מבוא

ההתפתחות המהירה של חומרים דו-ממדיים (2D) שינתה משמעותית תחומי מחקר רבים, ויצרה הזדמנויות חסרות תקדים למכשירים מתקדמים. המאפיינים המדהימים של חומרים אלה, כולל מוליכות חשמלית יוצאת דופן, חוזק מכני ויציבות תרמית, הופכים אותם למועמדים אידיאליים ליישומים בהתקנים אלקטרוניים ואופטו-אלקטרוניים, פתרונות ניהול תרמי, מערכות אחסון אנרגיה וחיישנים 1,2,3,4,5,6,7,8 . בנוסף, היכולת לבנות מבנים הטרוסקסואליים של ואן דר ואלס (vdW) משפרת את הפונקציונליות שלהם, ומאפשרת הנדסה מדויקת של מבני פס ואינטראקציות בין-שכבתיות 9,10,11,12,13. יכולת זו יכולה להוביל למאפייני חומר חדשים או משופרים המותאמים ליישומים ספציפיים.

עם זאת, הטיפול והמניפולציה של חומרים דו-ממדיים מציבים אתגרים ניכרים, במיוחד בשמירה על איכותם יוצאת הדופן במהלך העיבוד. זיהום שאריות מטכניקות ייצור קונבנציונליות עלול לערער באופן משמעותי את שלמות החומרים, ולהשפיע לרעה על ביצועיהם ואמינותם במכשירים14,15. השימוש בפולימרים בייצור חומרים דו-ממדיים משאיר לעתים קרובות שאריות לא רצויות16,17. כדי לטפל בבעיה זו, מספר חוקרים חקרו טכניקות ייצור מתקדמות ותהליכי העברה נקיים כדי לשפר את הייצור של חומרים דו-ממדיים בעלי טוהר גבוה. וואנג ועמיתיו הציגו טכניקת הרכבה חדשנית הממנפת הידבקות vdW להשגת ממשקים נקיים במבנים הטרו-מבנים של גרפן/בורון ניטריד18. בהתבסס על תפיסה זו, וון ועמיתיו השתמשו לאחרונה בטכניקת העברה יבשה בסיוע vdW תוך שימוש ב-h-BN כשכבת ביניים, שאפשרה ניתוק נקי של נתזים בודדים על ידי קילוף רוחבי של שכבת vdW19. בטכניקה קודמת ראויה לציון, Pizzocchero et al. פיתחו את טכניקת "איסוף חם" להרכבת אצווה של מבנים הטרו-מבניים, המדגימה ייצור מהיר ותפוקה גבוהה של ממשקים נטולי שלפוחיות על ידי ערימה בטמפרטורות גבוהות20. בנוסף, וואנג ועמיתיו הציעו גישה נטולת פולימרים באמצעות ממברנות סיליקון ניטריד גמישות, המאפשרת הרכבה נקייה בוואקום גבוה במיוחד ובטמפרטורות גבוהות21. בעוד שמחקרים קודמים פיתחו שיטות מצוינות, היכולת להשיג פתיתים בודדים ללא שאריות וליישם שיטת עיבוד קלה נותרה חיונית. לכן, פיתוח שיטות יעילות לעיבוד ללא שאריות הוא חיוני למקסום הפוטנציאל של חומרים דו-ממדיים ביישומים מעשיים.

בעבודה הקודמת של לי ועמיתיו, פותחה שיטת ייצור חדשה הממנפת את אינטראקציות ה-vdW הטבועות בין חומרים דו-ממדיים כדי להשיג פתיתים בודדים ולהרכיב מבנים הטרו-מבניים ללא שימושבשכבות תמיכה פולימריות. אפיון מקיף, כולל מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM), מיקרוסקופ אלקטרונים ברזולוציה גבוהה (HR-TEM), ספקטרוסקופיה פוטואלקטרון רנטגן (XPS) ומדידות חשמליות, אישרו את האופי נטול השאריות הן של הפתיתים המועברים והן של המבנים ההטרו-מבנים שנוצרו. בהתבסס על פלטפורמת העברה נטולת שאריות זו, העבודה הנוכחית מספקת מדריך מפורט ומוכוון פרוטוקול המכסה את כל התהליך מהקמה הניסיונית ועד לטכניקת ההרכבה המורחבת של מבנים הטרו-מורכבים. באופן ספציפי, מפורטים הקמת מערכת העברה יבשה, אסטרטגיות להכנת חותמות ונהלים אופטימליים להשגת פתיתים נקיים ודקים של h-BN ו-MoS2. חומרים אלה נמצאים בשימוש נרחב בשל הידבקות ה-vdW החזקה שלהם ותכונות אלקטרוניות מועילות 13,23,24,25. בנוסף, מתוארות טכניקות שיטתיות לאיסוף רציף ושחרור ללא שאריות, יחד עם טכניקות הרכבה הטרו-מבניות שונות כגון תהליכי ערימה מלמעלה למטה, מלמטה למעלה ומודולריים.

המאמר מאורגן באופן הבא: שלב 1 ושלב 2 מפרטים את תכנון מערכת ההעברה היבשה וייצור שני סוגים של חותמות, הכוללות חותמת קדם פילינג וחותמת קלטת. שלב 3 מתאר את התהליך לייצור פתיתים ללא שאריות באמצעות חותמות אלה. שלב 4 ושלב 5 מתארים את ההליכים לערימה אנכית באמצעות חותמת נטולת שאריות, המאפשרת בניית מבנים הטרו-מורכבים. לבסוף, שלב 6 מציג טכניקת סחיטת קצה AFM להסרה סלקטיבית של שלפוחיות בין-פנים, ובכך לשפר את איכות הפנים לאחר ההרכבה. בסך הכל, פרוטוקולים אלה שואפים לספק מתודולוגיה רב-תכליתית וניתנת לשחזור לייצור מבנים דו-ממדיים נקיים ואיכותיים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

פרטי החומרים המתכלים והציוד המשמשים במחקר זה מפורטים בטבלת החומרים.

1. מכשור לייצור ללא שאריות

הערה: הייצור ללא שאריות של חומרים דו-ממדיים מתבצע בתנאי סביבה באמצעות מערך העברה יבש מותאם אישית. המערך מורכב משלושה מרכיבים עיקריים: מיקרוסקופ אופטי מותאם-במיוחד, שלב דגימת ציר XY ומניפולטור חותמת ציר XYZ (איור 1A). רכיבים אלה מותקנים על שולחן נגד רעידות כדי למזער הפרעות חיצוניות במהלך הפעולה. ההגדרה נשלטת ידנית.

  1. מיקרוסקופ אופטי: ציידו את המיקרוסקופ האופטי המסחרי המותאם אישית בעדשות אובייקטיביות למרחקי עבודה ארוכים (5×, 10×, 20×, 50× ו-100×) ומצלמה דיגיטלית כדי להשיג הגדלה מתאימה ומרחב עיבוד מספיק. חבר את המצלמה למחשב, ואשר תאימות לתוכנת איסוף הנתונים.
  2. שלב דגימת ציר XY: הרכיבו שני שלבי תרגום ליניאריים כדי להקל על התאמות מדויקות של שלב הדגימה הן בכיווני X והן בכיוון Y. בנוסף, התקן מחזיק מדגם שטוח כדי להכיל כראוי את המדגם מעל ה-stagה (איור 1B).
  3. מניפולטור חותמת ציר XYZ: הרכיבו שלושה שלבי תרגום ליניאריים עם לוחית הרכבה בזווית ישרה לבניית מניפולטור ציר XYZ עם התאמות מדויקות. לאחר מכן, השתמשו בלוחית הרכבה נוספת בזווית ישרה ובלוח מגנטי כדי לקבע בצורה מאובטחת חותמת עם מגנט (איור 1C).
    הערה: יש להתקין את המניפולטור קרוב מספיק לדוגמאtagה כדי לספק גישה נאותה ל-stamp. בנוסף, שלב התרגום מסוגל לנוע יותר מ-2 ס"מ בכיוון ציר ה-Z.

2. הכנת חותמת

הערה: גודל פיסת הסרט המשמשת ליצירת החותמות אינו משפיע באופן משמעותי על התהליך. בנוסף, מומלץ להסיר את סרט הכיסוי מיד לפני השימוש בחותמת כדי לספק הידבקות בטוחה.

  1. הכן חותמת קלטת דו צדדית (חותמת קדם פילינג).
    1. חתכו פיסת סרט קפטון דו-צדדי לצורה מלבנית בגודל 4 מ"מ ×-5 מ"מ (איור 2A).
    2. הצמד את פיסת הסרט הדו-צדדי לקצה האמצעי של שקופית זכוכית, ולאחר מכן הסר את סרט הכיסוי (איור 2B).
  2. הכן חותמת קלטת חד צדדית (חותמת קלטת).
    1. חתכו פיסת סרט חד-צדדי לצורת מעוין, כאשר כל צד באורך 5-6 מ"מ (איור 2C).
    2. הפוך אותו לזהה לחותמת הקלטת הדו-צדדית המתוארת בשלב 2.1.
    3. הצמד את פיסת הסרט החד-צדדי כשהצד הדביק פונה כלפי מעלה, וודא שהקודקוד הצר משתרע 1 מ"מ מעבר לקצה מגלשת הזכוכית, על הסרט הדו-צדדי (איור 2D).
      הערה: מכיוון שהסרט החד-צדדי משתרע מעבר לקצה שקופית הזכוכית, נבחר סרט בעל קשיחות גבוהה כדי למזער את הכיפוף בזמן השימוש ב-Stamp.
    4. הסר את סרט הכיסוי כדי לחשוף את משטח הדבק של הסרט החד-צדדי.

3. ייצור אזור נטול שאריות ופתית יחיד

  1. בצע את תהליך הפילינג המקדים על גביש בתפזורת.
    1. הכן חתיכת קריסטל בתפזורת בעזרת צמר גפן וסכין גילוח.
    2. חבר את הגביש למשטח ההדבקה של חותמת קדם הפילינג (איור 3A). לאחר מכן, הניחו חותמת נוספת לפני הפילינג על גבי הקריסטל ליצירת תצורת כריך.
      הערה: בעת שימוש בחותמות לפני פילינג, חיוני לוודא שכל פני השטח של הגביש בתפזורת נצמדים באופן אחיד לחותמת, דבר חיוני להשגת משטח גדול ושטוח לאחר תהליך הפילינג.
    3. פילינג בעדינות וחזור על התהליך הזה 3 עד 5 פעמים עד לקבלת גביש נקי ואחיד בעובי תת-מיקרון (איור 3B).
      הערה: יש לחזור על מספר האיטרציות הנדרשות בתהליך הפילינג עד לקבלת גביש אחיד ודק מספיק לפני הפילינג. תהליך זה קובע את עובי ואיכות האזור נטול השאריות שיתקבל לאחר מכן.
  2. הכן מצע נקי של סיליקון דו חמצני/סיליקון (SiO2/Si).
    הערה: כדי למזער את הפוטנציאל לשאריות חיצוניות, נבדק מצב המצע הנקי באמצעות מיקרוסקופ אופטי פי 100 לפני השימוש. לזיהוי חזותי של חומרים דו-ממדיים דקים, מומלץ SiO2 בעובי 300 ננומטר.
    1. חותכים את פרוסת ה-SiO2/Si הגדלה תרמית בעובי 300 ננומטר לחתיכות של 1 ס"מ × 1 ס"מ בעזרת חותך ופלים.
    2. טבלו את המצעים באצטון וסוניקט בדרגה אלקטרונית בטוהר גבוה למשך 2 דקות באמצעות חומר ניקוי קולי.
      הערה: ניקוי סוניקציה של אצטון מתבצע בתוך מכסה אדים.
    3. שוטפים את המצעים במים דה-יונים טהורים במיוחד.
    4. יבש את המצעים באמצעות מכת חנקן, ולאחר מכן הנחתם על פלטה חמה המוגדרת מעל 100 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות לפחות כדי למנוע שאריות מעקב אחר ממס.
    5. בצע טיפול בפלזמת חמצן עם קצב זרימת גז חמצן של 100 sccm, לחץ בסיס של 1 × 10-2 Torr והספק של 100 W. ייצב את זרימת הגז למשך 60 שניות, החל פלזמה למשך 10 שניות, ואז טיהר למשך 20 שניות ואוורור למשך 20 שניות נוספות.
  3. רכוש את האזור נטול השאריות (וידאו 1).
    הערה: סרטון 1 מציג רכישה של אזור נטול שאריות מ-h-BN שעבר פילינג מראש. איור 2E מציג את התמונה לדוגמה של המכשיר כדי לסייע בהבנת התהליך. הסיבה לכך שחתיכת הקלטת מחוברת לקצה האמצעי של מגלשת הזכוכית היא כדי למזער את ההפרעה בין שלב הדגימה למניפולטור החותמת (מרחק ≈ 1 ס"מ).
    1. הנח את הגביש הפילינג מראש על שלב הדגימה.
      הערה: כל הדגימות הנטענות על מחזיק המדגם מודבקות בסרט דו צדדי.
    2. אבטח את הסרט stamp בזווית הטיה של לפחות 5° על הצלחת המגנטית של ה-stamp מניפולטור באמצעות מגנט. הטיית החותמת מושגת על ידי שימוש בערימת שקופיות הזכוכית כתמיכה בצד האחורי של החותמת (איור 2E).
      הערה: הטיה זו משמשת באופן עקבי בכל התהליכים הכרוכים בחותמת הקלטת.
    3. יישר את חותמת הסרט מעל הגביש הפילינג מראש על ידי התאמת שלב הדגימה.
    4. חבר את הסרט stamp למשטח העליון של הגביש על ידי כוונון ה-stamp מניפולטור בכיוון -Z (איור 3C).
    5. קלף בעדינות את האזור הדק נטול השאריות על ידי התאמת מניפולטור החותמת בכיוון +Z (איור 3D).
      הערה: בעת קילוף האזור נטול השאריות, הזזת שלב הדגימה בו זמנית בכיוון +X מביאה לביצועי עיבוד יציבים יותר על ידי הפחתת המתח המופעל על חומר הפילינג, מה שמקל על השגת אזור גדול יותר ללא שאריות. בנוסף, רק אזורים שאינם במגע עם הקלטת נחשבים לאזורים נטולי שאריות.
  4. השג פתיתים בודדים ללא שאריות וחותמת נטולת שאריות (וידאו 2 ווידאו 3).
    הערה: סרטון 2 וסרטון 3 מדגימים את תהליך השגת פתיתים בודדים נטולי שאריות של h-BN ו-MoS2, בהתאמה.
    1. מקם מצע נקי על שלב הדגימה.
    2. הדבק את האזור נטול השאריות בחוזקה למצע על ידי כוונון החותמת מניפולטור בכיוון -Z (איור 3E).
    3. פילינג את הפתית הבודד על ידי התאמת מניפולטור החותמת בכיוון +Z (איור 3F).
      הערה: הפתית עובר פילינג באמצעות אינטראקציות vdW עם המצע. בדומה לתהליך השגת האזור נטול השאריות המתואר בשלב 3.3.5, כדאי להזיז בו זמנית את שלב הדגימה בכיוון +X כדי להקל על הדלמינציה של הפתית נטול השאריות. ניתן להשתמש באזור נטול שאריות כדי להשיג פתיתים בודדים שוב ושוב. בנוסף, האזור הנותר ללא שאריות משמש כחותמת נטולת שאריות המשמשת למניפולציה של הפתיתים.

4. עקרונות מניפולציה של פתיתי מטרה: תהליכי איסוף ושחרור

  1. הרם את פתית המטרה באמצעות החותמת נטולת השאריות.
    1. יישר את ה-stamp ללא שאריות עם פתית המטרה על ידי כוונון ה-stamp מניפולטור.
    2. צור קשר עם אזור חלקי של פתית המטרה עם החותמת נטולת השאריות על ידי הזזת מניפולטור החותמת בכיוון -Z (איור 4A).
    3. הרם את פתית המטרה עם החותמת נטולת השאריות על ידי כוונון זהיר של ה-stamp בכיוון +Z איור 4B).
      הערה: אנרגיית ההדבקה של vdW בין החומרים הדו-ממדיים גדולה מזו שבין ה-SiO2 לחומרים הדו-ממדיים, מה שמאפשר את תהליך האיסוף.
  2. שחרר את פתית המטרה על מצע.
    1. הניחו מצע נקי על שלב הדגימה.
    2. יישר את הפתית שנאסף למצב היעד על ידי כוונון החותמת מניפולטור.
    3. צור קשר בחוזקה עם כל האזור של פתית המטרה עם המצע על ידי כוונון מניפולטור החותמת בכיוון -Z (איור 4C).
      הערה: ודא שנוצר מגע מספיק עם האזור נטול השאריות של ה-stamp, בעוד שאזור הסרט נשאר ללא מגע כדי למנוע היווצרות שאריות מיותרות.
    4. הנח את פתית המטרה מהחותמת נטולת השאריות על ידי כוונון מניפולטור החותמת בכיוון +X איור 4D).
      הערה: תהליך השחרור משתמש בתנועה בכיוון -X כדי להפעיל כוח גזירה בממשק ה-vdW בין החומרים הדו-ממדיים, וכתוצאה מכך סופר-סיכה. בנוסף, הזזת שלב הדגימה בו זמנית בכיוון -X מקלה על ביצוע חלק יותר של תהליך השחרור.

5. ייצור של מכלולי מבנה הטרו-מבני vdW ללא שאריות

הערה: כל תהליכי האיסוף והשחרור מתבצעים כמתואר בסעיף 4 באמצעות ה-MoS2 ללא שאריותamp. נעשה שימוש בגבישי MoS2 סינתטיים (גידול אזור שטף) וגבישי h-BN (גידול תאי סדן בלחץ גבוה).

  1. בצע את שלב 3 כדי להשיג את הפתיתים הבודדים הנדרשים של MoS2 ו-h-BN, כמו גם את החותמת נטולת השאריות.
    הערה: כל הפתיתים הבודדים ממוקמים בכוונה קרוב למצע לצורך הדמיה בסרטון 4.
  2. הרכיבו את המבנה ההטרו-מבני h-BN/MoS2/h-BN באמצעות תהליך הערמה מלמטה למעלה, המכונה Hetero A (וידאו 4).
    1. הרם את פתית MoS2 עם החותמת ללא שאריות MoS2 .
      הערה: אנרגיית ההדבקה של vdW בין חומרים דו-ממדיים גדולה מזו שבין SiO2 לחומרים הדו-ממדיים, מה שמאפשר שילוב מוצלח של פתית המטרה וחותמת נטולת שאריות עם כל זיווג של h-BN ו-MoS2.
    2. שחרר אותו על פתית h-BN, ובכך הרכיב את מבנה MoS2/h-BN.
      הערה: אם חלק מהשכבה העליונה נמצא במגע עם מצע SiO2 במהלך ההרכבה, ניתן להשיג שחרור יציב יותר. לעומת זאת, אם השכבה העליונה אינה יכולה ליצור מגע עם המצע, עלולה להתרחש סיכה-על גם בין השכבה העליונה והתחתונה. בהקשר זה, חיוני למזער את שטח החפיפה בין החותמת נטולת השאריות לפתית המטרה במהלך תהליך האיסוף כדי להבטיח שחרור יעיל.
    3. הרימו נתז h-BN נוסף ושחררו אותו על מבנה MoS2/h-BN (איור 5).
  3. הרכיבו את המבנה ההטרו-מבני h-BN/MoS2/h-BN באמצעות תהליך הערמה מלמעלה למטה, המכונה Hetero B (וידאו 5).
    1. הרם את פתית ה-h-BN באמצעות החותמת ללא שאריות MoS2 .
    2. השתמש בפתית h-BN שנאסף כדי לכסות את פתית MoS2 , ולאחר מכן הרם את פתית MoS2 עם פתית h-BN שכבר נאסף, ויוצר מבנה h-BN/MoS2 .
    3. שחררו את המבנה המשולב על נתז h-BN אחר (איור 6).
      הערה: כדי להקל על תהליך הערימה המודולרי שלאחר מכן, שכבה אחת של המבנה ההטרו-מבנה תוכננה בכוונה כך שיהיה לה שטח גדול מספיק לתהליך האיסוף.
  4. הרכיבו את Hetero A ו-Hetero B כמבנה הטרו-שכבתי בן שש שכבות באמצעות תהליך ערימה מודולרי (וידאו 6).
    1. אסוף את כל ה-Hetero B באמצעות החותמת נטולת השאריות.
    2. שחרר את ה-Hetero B על ה-Hetero A.
      הערה: שילוב של שני מבנים הטרו-מבנים מוביל לפירוק עקב מגע זה עם זה. לכן, מומלץ לבצע את תהליך השחרור בניסיון אחד. בנוסף, הזזת שלב הדגימה הלאה בכיוון -X משפרת את הביצועים של תהליך הערימה המודולרי.

6. טכניקת סחיטת קצה AFM

הערה: טכניקה זו היא תהליך אופציונלי שנועד לשפר את ההרכבה ומשמשת כשיטת עיבוד לאחר להסרת שלפוחיות או זיהום שנוצרו בממשק ההטרו.

  1. הצטיידו בקצה סיליקון בקבוע קפיץ גבוה.
    הערה: קצה ללא מגע מתאים היטב לתהליך הסחיטה.
  2. טען את הדגימה על AFM tagה.
  3. הגדר כוח מופעל מתאים בקצב סריקה של 1 הרץ ורווח סרוו Z של 1. מומלץ להגדיל את הכוח בהדרגה, החל מערך נמוך (למשל, בין 5 nN ל -2000 nN).
  4. הגדל בהדרגה את הכוח המופעל מ-30 nN ל-1000 nN במהלך תהליך הסחיטה. התאם את טווח הסריקה כך שיכסה את כל הממשק ההטרו, המשתרע עד לקצוות של כל פתית, כדי להבטיח הסרה מלאה של שלפוחיות.
    הערה: הכוח האופטימלי לתהליך הסחיטה משתנה בהתאם לעובי הדגימה ולמצב הממשק.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

הפרוטוקול המתואר כאן מייצר פתיתים בודדים נטולי שאריות ומכלולי הטרו-מבנה מורכבים על ידי שימוש בלעדי באינטראקציות vdW. במחקר הקודם נערכו אפיונים מקיפים של מורפולוגיה פני השטח, ההרכב הכימי והתכונות החשמליות של נתזי MoS2 נטולי שאריות22. כפי שמוצג באיור 7, HR-TEM שימש לבחינת מבנה פני השטח ברמה האטומית. תמונת HR-TEM ודפוס עקיפה אלקטרונית של אזור נבחר (SAED) מאשרים את המבנה המשושה הסימטרי של MoS2. בנוסף, ספקטרוסקופיה של ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

מינוף אינטראקציות vdW ושליטה בכיוון הכוחות המופעלים בממשק vdW מאפשר הרכבה של מבנים החל מפתיתים בודדים נטולי שאריות ועד מבנים הטרו-מבניים. בניגוד לגישות אחרות, שיטה זו מבטלת את הצורך בתשתיות מורכבות, תהליכי ייצור מחמירים ומשתנים ניסיוניים כגון חשיפה לפולימרים, ממיסים או שינויי טמפרטורה23,24. מעבר לייצור פתיתים בודדים נטולי שאריות, ניתן להרכיב מבנים הטרוסקופיים של vdW באמצעות תהליכי ערימה מלמעלה למטה, מלמטה למעלה ומודולריים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

מחקר זה נתמך על ידי מענק קרן המחקר הלאומית (NRF) של קוריאה במימון ממשלת קוריאה (משרד המדע והתקשוב) (RS-2022-NR070247 ו-RS-2023-00218908) ומענק שיתוף הפעולה המחקרי GIST-MIT במימון GIST.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מיקרוסקופ כוח אטומימערכות פארקXE-100
מיקרוסקופ ראמאן קונפוקליהוריבהאבולוציה של משאבי אנוש של LabRAM
מצב מגע AFM טיפ ננו-חיישניםPPP-CONTSCRלמדידת מצב מגע, קבוע קפיץ: 0.2 N/m 
מצלמה דיגיטליתסוניE3ISPM06300KPB
סרט קפטון דו צדדירחוב דאהיוןST-930Hלחיבור הסרט החד-צדדי לשקופית הזכוכית
גביש h-BNמוליכים למחצה דו-ממדייםBLK-hBNצמיחת תאי סדן בלחץ גבוה
גביש MoS2מוליכים למחצה דו-ממדייםBLK-MOS2-SYNקריסטל סינטטי, גידול אזור שטף
מצב ללא מגע AFM טיפ ננו-חיישניםPPP-NCHRעבור סחיטת ננו, קבוע קפיץ גבוה: 42 N/m
מיקרוסקופ אופטיאולימפוסBX51
מערכת פלזמה מדע הפמטוחמוד-1מגה-פיקסל/Rלטיפול בפלזמת חמצן
סרט חד צדדיניטו דנקוRevalpha RA-98LS(N)סרט קשיחות גבוהה
מנקה אולטראסוניברנסון5510E-DTH

מקורות

  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).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

הרכבת הטרוסטרוקטורהבורון ניטריד הקסגונלימוליבדן דיסולפידמיקרוסקופיית כוח אטומיספקטרוסקופיית רמןמיקרוסקופיית אלקטרונים חודרתערמה מלמטה למעלה
ייצור ללא שאריות של מבנים הטרו-ממדיים של ואן דר ואלס מחומרים דו-ממדיים
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.