Questo studio presenta una metodologia di fabbricazione senza residui per la produzione di singole scaglie di materiali bidimensionali e il loro assemblaggio in eterostrutture complesse utilizzando solo le interazioni di van der Waals. La tecnica elimina la necessità di sostanze esterne e condizioni sperimentali specifiche, consentendo assemblaggi complessi di eterostrutture attraverso processi di impilamento bottom-up, top-down e modulari.
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Articolo metodologico
Fabbricazione senza residui di eterostrutture di van der Waals di materiali bidimensionali
* These authors contributed equally
In questo articolo
Sommario
Abstract
In questo lavoro, viene presentata una metodologia unica che utilizza le interazioni di van der Waals (vdW) per fabbricare singole scaglie prive di residui di materiali bidimensionali (2D), che vengono successivamente assemblati in intricate eterostrutture. L'approccio si concentra sull'assicurare che le scaglie siano prive di residui che potrebbero influire sulle loro proprietà e prestazioni. Le prove della microscopia a forza atomica e della spettroscopia Raman confermano che i fiocchi esagonali trasferiti di nitruro di boro (h-BN) e bisolfuro di molibdeno (MoS2) mostrano un'eccellente planarità e caratteristiche di assenza di deformazione, che sono cruciali per varie applicazioni in elettronica e optoelettronica. Inoltre, i processi di raccolta e rilascio di un fiocco bersaglio sono dimostrati utilizzando un timbro privo di residui, controllato dal tipo di forza applicata all'interfaccia, normale o di taglio. Dirigendo attentamente il movimento del timbro privo di residui, l'assemblaggio di eterostrutture h-BN/MoS2/h-BN si ottiene con successo attraverso processi di impilamento sia dal basso verso l'alto che dall'alto verso il basso. Inoltre, le eterostrutture preassemblate sono state impilate in modo modulare per creare un'eterostruttura più complessa, dimostrando la versatilità della metodologia proposta. Questo lavoro non solo consente di ottenere singole scaglie di materiali 2D prive di residui, ma apre anche la strada a tecniche di fabbricazione migliorate nelle eterostrutture vdW.
Introduzione
Il rapido sviluppo di materiali bidimensionali (2D) ha trasformato in modo significativo numerosi campi di ricerca, creando opportunità senza precedenti per i dispositivi avanzati. Le notevoli proprietà di questi materiali, tra cui l'eccezionale conduttività elettrica, la resistenza meccanica e la stabilità termica, li rendono candidati ideali per applicazioni in dispositivi elettronici e optoelettronici, soluzioni di gestione termica, sistemi di accumulo di energia e sensori 1,2,3,4,5,6,7,8
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Protocollo
I dettagli dei materiali di consumo e delle attrezzature utilizzate in questo studio sono elencati nella Tabella dei materiali.
1. Strumentazione per la fabbricazione senza residui
NOTA: La fabbricazione senza residui di materiali 2D viene eseguita in condizioni ambientali utilizzando una configurazione di trasferimento a secco personalizzata. La configurazione comprende tre componenti principali: un microscopio ottico personalizzato, uno stadio del campione sull'asse XY e un manipolatore di timbri sull'asse XYZ (Figura 1A). Questi com....
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Risultati
Il protocollo qui descritto produce singoli fiocchi privi di residui e assemblaggi di eterostrutture complesse utilizzando esclusivamente interazioni vdW. Nello studio precedente, sono state condotte caratterizzazioni complete della morfologia superficiale, della composizione chimica e delle proprietà elettriche dei fiocchi di MoS2 privi di residui22. Come mostrato nella Figura 7, l'HR-TEM è stato impiegato per esaminare la .......
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Discussione
L'utilizzo delle interazioni vdW e il controllo della direzione delle forze applicate all'interfaccia vdW consentono l'assemblaggio di strutture che vanno da singole scaglie prive di residui a eterostrutture. A differenza di altri approcci, questo metodo elimina la necessità di infrastrutture complesse, processi di fabbricazione rigorosi e variabili sperimentali come l'esposizione a polimeri, solventi o variazioni di temperatura23,24
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Questa ricerca è stata supportata dalla sovvenzione della National Research Foundation (NRF) of Korea finanziata dal governo coreano (Ministero della Scienza e delle ICT) (RS-2022-NR070247 e RS-2023-00218908) e dalla sovvenzione GIST-MIT Research Collaboration finanziata dal GIST.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Microscopio a forza atomica | Sistemi di parchi | XE-100 | |
| Microscopio Raman confocale | Horiba | LabRAM HR Evolution | |
| Modalità contatto Punta AFM | Nanosensori | PPP-CONTSCR | Per la misurazione in modalità contatto, costante della molla: 0,2 N/m |
| Macchina fotografica digitale | SONY | E3ISPM06300KPB | |
| Nastro biadesivo Kapton | Daehyun ST | ST-930H | Per fissare il nastro monoadesivo al vetrino |
| cristallo h-BN | Semiconduttori 2D | BLK-hBN | Crescita cellulare dell'incudine ad alta pressione |
| MoS2 cristallo | Semiconduttori 2D | BLK-MoS2-SYN | Cristallo sintetico, crescita della zona di flusso |
| Suggerimento AFM in modalità senza contatto | Nanosensori | PPP-NCHR | Per nano spremitura, alta costante della molla: 42 N/m |
| Microscopio ottico | OLIMPO | BX51 | |
| Sistema al plasma | Femtoscienza | CARINO-1MP/R | Per il trattamento al plasma di ossigeno |
| Nastro monoadesivo | Nitto Denko | Revalpha RA-98LS(N) | Nastro ad alta rigidità |
| Ultrasuoni | Branson | 5510E-DTH |
Riferimenti
- Piacentini, A., et al. Stable Al2O3 encapsulation of MoS2-FETs enabled by CVD grown h-BN. Adv Electron Mater. 8 (9), 2200123(2022).
- Wu, Y., et al. scaled graphene transistors on diamond-like carbon. Nature. 472 (7341), 74-78 (2011).
- Zhang, S., <....
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Ristampe e permessi
