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방법 논문

van der Waals의 잔류물 없는 제작: 2차원 재료의 이종 구조

1.6K 조회수

⸱

DOI:

10.3791/68540

⸱

2025년 7월 18일

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

* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

이 연구는 2차원 재료의 단일 플레이크를 생산하고 van der Waals 상호 작용만을 사용하여 복잡한 이종 구조로 조립하기 위한 잔류물이 없는 제조 방법론을 제시합니다. 이 기술은 외부 물질 및 특정 실험 조건의 필요성을 제거하여 상향식, 하향식 및 모듈식 적층 공정을 통해 복잡한 이종 구조 어셈블리를 가능하게 합니다.

초록

이 작업에서는 van der Waals(vdW) 상호 작용을 활용하여 2차원(2D) 재료의 잔류물이 없는 단일 플레이크를 제작한 후 복잡한 이종 구조로 조립하는 고유한 방법론을 제시합니다. 이 접근 방식은 플레이크에 특성과 성능에 영향을 줄 수 있는 잔류물이 없는지 확인하는 데 중점을 둡니다. 원자력 현미경 및 라만 분광법의 증거는 전달된 육각형 질화붕소(h-BN) 및 이황화 몰리브덴(MoS2) 플레이크가 전자 및 광전자 공학의 다양한 응용 분야에 중요한 우수한 평탄도 및 변형 없는 특성을 나타낸다는 것을 확인합니다. 또한, 타겟 플레이크의 픽업 및 해제 프로세스는 일반 또는 전단에 관계없이 계면에 가해진 힘의 유형에 의해 제어되는 잔류물이 없는 스탬프를 사용하여 시연됩니다. 잔류물이 없는 스탬프의 이동을 주의 깊게 지시함으로써 h-BN/MoS2/h-BN 이종 구조의 성공적인 조립은 상향식 및 하향식 적층 공정을 통해 달성됩니다. 또한, 사전 조립된 이종 구조를 모듈식으로 적층하여 더 복잡한 이종 구조를 만들어 제안된 방법론의 다양성을 보여주었습니다. 이 작업을 통해 2D 재료의 잔류물이 없는 단일 플레이크를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 vdW 이종 구조에서 향상된 제조 기술을 위한 길을 열 수 있습니다.

서론

2차원(2D) 소재의 급속한 발전은 수많은 연구 분야를 크게 변화시켰으며, 첨단 장치에 대한 전례 없는 기회를 창출했습니다. 탁월한 전기 전도성, 기계적 강도 및 열 안정성을 포함한 이러한 재료의 놀라운 특성으로 인해 전자 및 광전자 장치, 열 관리 솔루션, 에너지 저장 시스템 및 센서 1,2,3,4,5,6,7,8의 응용 분야에 이상적인 후보가 됩니다 . 또한, van der Waals (vdW) 이종 구조를 구성 할 수있는 능력은 기능을 향상시켜 밴드 구조 및 층간 상호 작용의 정확한 엔지니어링을 가능하게합니다9 , 10 , 11 , 12 , 13 . 이 기능은 특정 응용 분야에 맞게 조정된 새롭거나 향상된 재료 특성으로 이어질 수 있습니다.

그러나 2D 재료의 취급 및 조작은 특히 가공 중에 뛰어난 품질을 유지하는 데 상당한 어려움을 겪습니다. 종래의 제조 기법으로 인한 잔류물 오염은 재료의 무결성을 크게 훼손할 수 있으며, 장치14,15에서 성능 및 신뢰성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 2D 재료 제조에 폴리머를 사용하면 종종 원치 않는 잔류 물이 남습니다16,17. 이 문제를 해결하기 위해 여러 연구자들이 고순도 2D 재료의 생산을 향상시키기 위해 고급 제조 기술과 클린 트랜스퍼 프로세스를 탐구했습니다. Wang 등은 그래핀/질화붕소 헤테로구조에서 깨끗한 계면을 달성하기 위해 vdW 접착을 활용하는 혁신적인 조립 기술을 도입했습니다18. 이 개념을 바탕으로 Wen 등은 최근 h-BN을 중간층으로 사용하는 vdW 보조 건식 전달 기술을 채택하여 vdW 층19를 측면으로 박리하여 단일 플레이크를 깨끗하게 분리할 수 있었습니다. 주목할 만한 선행 기술로, Pizzocchero 등은 이종 구조의 배치 조립을 위한 "핫 픽업(hot pick-up)" 기술을 개발하여 고온에서 적층하여 블리스터 없는 계면의 빠르고 높은 수율 생산을 입증했습니다20. 또한 Wang 등은 초고진공 및 고온에서 깨끗한 조립을 가능하게 하는 유연한 질화규소 멤브레인을 사용하는 폴리머가 없는 접근 방식을 제안했습니다21. 이전 연구에서는 우수한 분석법을 개발했지만, 잔류물이 없는 단일 플레이크를 얻고 간편한 가공 방법을 구현하는 능력은 여전히 필수적입니다. 따라서 잔류물 없는 가공을 위한 효과적인 방법을 개발하는 것은 실제 응용 분야에서 2D 재료의 잠재력을 극대화하는 데 매우 중요합니다.

Lee et al.의 이전 연구에서는 2D 재료 간의 고유한 vdW 상호 작용을 활용하여 단일 플레이크를 얻고 폴리머 지지층(22)을 사용하지 않고 이종 구조를 조립하는 새로운 제조 방법이 개발되었습니다. 원자력 현미경(AFM), 고해상도 투과전자현미경(HR-TEM), X선 광전자 분광법(XPS) 및 전기 측정을 포함한 포괄적인 특성화를 통해 전달된 플레이크와 그에 따른 헤테로 구조 모두의 잔류물이 없는 특성을 확인했습니다. 이 잔류물이 없는 전달 플랫폼을 기반으로 하는 현재 작업은 실험 설정부터 복잡한 이종 구조의 확장된 조립 기술에 이르기까지 전체 프로세스를 포괄하는 상세하고 프로토콜 지향적인 가이드를 제공합니다. 특히, 건식 전사 시스템의 설정, 스탬프 준비를 위한 전략, h-BN 및 MoS2의 깨끗하고 얇은 플레이크를 얻기 위한 최적화된 절차가 자세히 설명되어 있습니다. 이러한 재료는 강력한 vdW 접착력 및 유리한 전자 특성으로 인해 광범위하게 사용됩니다 13,23,24,25. 또한, 순차적 픽업 및 잔류물 없는 방출을 위한 체계적인 기술과 하향식, 상향식 및 모듈식 적층 공정과 같은 다양한 이종 구조 조립 기술에 대해 설명합니다.

이 기사는 다음과 같이 구성되어 있습니다 : 1 단계와 2 단계에서는 드라이 트랜스퍼 시스템의 설계와 사전 박리 스탬프와 테이프 스탬프를 포함하는 두 가지 유형의 스탬프 제작에 대해 자세히 설명합니다. 3단계에서는 이러한 스탬프를 사용하여 잔류물이 없는 플레이크를 생산하는 공정을 간략하게 설명합니다. 4단계와 5단계에서는 잔류물이 없는 스탬프를 통한 수직 적층 절차를 설명하여 복잡한 이종 구조를 구성할 수 있습니다. 마지막으로, 6단계에서는 계면 블리스터를 선택적으로 제거하여 조립 후 계면 품질을 향상시키는 AFM-tip 압착 기술을 제시합니다. 전반적으로 이러한 프로토콜은 깨끗하고 고품질의 2D 이종 구조를 제작하기 위한 다양하고 재현 가능한 방법론을 제공하는 것을 목표로 합니다.

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프로토콜

이 연구에 사용된 소모품 및 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나열되어 있습니다.

1. 잔류물 자유로운 제작을 위한 기계 사용

참고: 2D 재료의 잔류물 없는 제작은 맞춤형 건식 전사 설정을 사용하여 주변 조건에서 수행됩니다. 이 설정은 맞춤형 광학 현미경, XY 축 샘플 스테이지 및 XYZ축 스탬프 매니퓰레이터의 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다(그림 1A). 이러한 구성 요소는 작동 중 외부 방해를 최소화하기 위해 진동 방지 테이블에 설치됩니다. 설정은 수동으로 제어됩니다.

  1. 광학 현미경: 맞춤형 상업용 광학 현미경에 긴 작동 거리 대물 렌즈(5×, 10×, 20×, 50× 및 100×)와 디지털 카메라를 장착하여 적절한 배율과 충분한 처리 공간을 확보합니다. 카메라를 컴퓨터에 연결하여 데이터 수집 소프트웨어와의 호환성을 확인합니다.
  2. XY축 샘플 스테이지: 두 개의 선형 변환 스테이지를 조립하여 X 및 Y 방향 모두에서 샘플 스테이지를 정밀하게 조정할 수 있습니다. 또한 평평한 샘플 홀더를 설치하여 s를 적절하게 수용합니다.tage (그림 1B).
  3. XYZ축 스탬프 매니퓰레이터: 직각 마운팅 플레이트로 3개의 선형 변환 스테이지를 조립하여 정밀한 조정이 가능한 XYZ축 매니퓰레이터를 구성합니다. 그런 다음 추가 직각 장착 플레이트와 마그네틱 플레이트를 사용하여 자석으로 스탬프를 단단히 고정합니다(그림 1C).
    알림: 매니퓰레이터는 s에 충분히 가깝게 설치해야 합니다.amp스탬프에 대한 적절한 접근을 제공하기 위해 s. 또한 평행 이동 단계는 Z축 방향으로 2cm 이상 이동할 수 있습니다.

2. 스탬프 준비

참고: 우표를 만드는 데 사용되는 테이프 조각의 크기는 프로세스에 큰 영향을 미치지 않습니다. 또한 안전한 접착력을 제공하기 위해 스탬프를 사용하기 직전에 커버 필름을 제거하는 것이 좋습니다.

  1. 양면 테이프 스탬프(각질 제거 전 스탬프)를 준비합니다.
    1. 양면 Kapton 테이프 조각을 4mm × 5mm 크기의 직사각형 모양으로 자릅니다(그림 2A).
    2. 양면 테이프 조각을 유리 슬라이드의 중간 가장자리에 부착한 다음 덮개 필름을 제거합니다(그림 2B).
  2. 단면 테이프 스탬프(테이프 스탬프)를 준비합니다.
    1. 단면 테이프 조각을 각 면의 길이가 5-6mm인 마름모 모양으로 자릅니다(그림 2C).
    2. 양면 테이프 스탬프와 동일하게 만드십시오.amp 2.1단계에서 설명했습니다.
    3. 양면 테이프에 접착면이 위를 향하도록 단면 테이프 조각을 부착하여 좁은 꼭지점이 유리 슬라이드 가장자리를 넘어 1mm 확장되도록 합니다(그림 2D).
      참고: 단면 테이프는 유리 슬라이드의 가장자리를 넘어 확장되기 때문에 스탬프를 사용하는 동안 굽힘을 최소화하기 위해 강성이 높은 테이프를 선택했습니다.
    4. 단면 테이프의 접착 표면이 노출되도록 커버 필름을 제거합니다.

3. 잔류물이 없는 지역 및 단일 플레이크의 제작

  1. 벌크 결정에서 사전 박리 과정을 수행합니다.
    1. 면봉과 면도날을 사용하여 벌크 크리스탈 조각을 준비합니다.
    2. 크리스탈을 사전 박리 스탬프의 접착 표면에 부착합니다(그림 3A). 그런 다음 크리스탈 위에 또 다른 각질 제거 전 스탬프를 찍어 샌드위치 구성을 만듭니다.
      참고: 사전 각질 제거 스탬프를 사용할 때는 벌크 결정의 전체 표면이 스탬프에 균일하게 부착되도록 하는 것이 중요하며, 이는 각질 제거 과정 후 크고 평평한 표면을 얻는 데 중요합니다.
    3. 깨끗하고 균일한 서브미크론 두께의 결정이 얻어질 때까지 부드럽게 각질을 제거하고 이 과정을 3-5회 반복합니다(그림 3B).
      참고: 각질 제거 과정에 필요한 반복 횟수는 충분히 균일하고 얇은 사전 박리 결정이 얻어질 때까지 반복해야 합니다. 이 공정은 이후에 얻어질 잔류물이 없는 영역의 두께와 품질을 결정합니다.
  2. 깨끗한 이산화규소/실리콘(SiO2/Si) 기판을 준비합니다.
    알림: 외부 잔류물의 가능성을 최소화하기 위해 사용하기 전에 100x 광학 현미경을 사용하여 세척된 기판의 상태를 검사했습니다. 얇은 2D 재료의 시각적 식별을 위해 300nm 두께의 SiO2 를 사용하는 것이 좋습니다.
    1. 열적으로 성장한 300nm 두께의 SiO2/Si 웨이퍼를 웨이퍼 커터를 사용하여 1cm × 1cm 조각으로 자릅니다.
    2. 기판을 고순도 전자 등급 아세톤에 담그고 초음파 세척기를 사용하여 2분 동안 초음파 처리합니다.
      알림: 아세톤 초음파 세척은 흄 후드 내부에서 수행됩니다.
    3. 초순수 탈이온수로 기판을 헹굽니다.
    4. 질소 분사를 사용하여 기판을 건조시킨 다음 용매 추적 잔류물을 방지하기 위해 100°C 이상으로 설정된 열판에 최소 5분 동안 놓습니다.
    5. 산소 가스 유량 100sccm, 기본 압력 1 × 10-2 Torr, 전력 100W로 산소 플라즈마 처리를 수행합니다.60초 동안 가스 흐름을 안정화하고 10초 동안 플라즈마를 도포한 다음 20초 동안 퍼지하고 다시 20초 동안 배출합니다.
  3. 잔류물이 없는 영역을 획득합니다(비디오 1).
    참고: 비디오 1은 박리 전 h-BN에서 잔류물이 없는 영역을 획득하는 것을 보여줍니다. 그림 2E 는 프로세스를 이해하는 데 도움이 되는 기기의 예시 이미지를 보여줍니다. 테이프 조각을 유리 슬라이드의 중간 가장자리에 부착하는 이유는 샘플 스테이지와 스탬프 매니퓰레이터 사이의 간섭을 최소화하기 위함입니다(거리 ≈ 1cm).
    1. 사전 박리된 결정을 샘플 스테이지에 놓습니다.
      참고: 샘플 홀더에 로드된 모든 샘플에는 양면 테이프가 부착되어 있습니다.
    2. 테이프 스탬프 고정amp자석을 사용하여 stamp 매니퓰레이터의 자성판에 최소 5°의 기울기 각도로 고정합니다. 스탬프의 기울기는 유리 슬라이드 스택을 스탬프 후면의 지지대로 사용하여 이루어집니다(그림 2E).
      참고: 이 기울기는 테이프 스탬프와 관련된 모든 프로세스에서 일관되게 사용됩니다.
    3. 테이프 정렬amp s를 조정하여 미리 박리된 결정 위에 s를 ample stage.
    4. 테이프 부착amp -Z 방향으로 stamp 조작기를 조정하여 결정의 상단 표면에 연결합니다(그림 3C).
    5. 스탬프 매니퓰레이터를 +Z 방향으로 조정하여 얇은 잔여물이 없는 영역을 부드럽게 각질을 제거합니다(그림 3D).
      참고: 잔류물이 없는 영역을 박리할 때 샘플 스테이지를 +X 방향으로 동시에 이동하면 각질 제거 재료에 가해지는 장력을 줄여 더 큰 잔류물이 없는 영역을 쉽게 얻을 수 있어 보다 안정적인 처리 성능을 얻을 수 있습니다. 또한 테이프와 접촉하지 않는 영역만 잔류물이 없는 영역으로 간주됩니다.
  4. 잔류물이 없는 단일 플레이크와 잔류물이 없는 스탬프를 얻을 수 있습니다(비디오 2 및 비디오 3).
    참고: 비디오 2 와 비디오 3 은 각각 h-BN 및 MoS2의 잔류물이 없는 단일 플레이크를 얻는 과정을 보여줍니다.
    1. s에 청소된 기질을 놓습니다.amp르 스테이지.
    2. 스탬프 매니퓰레이터를 -Z 방향으로 조정하여 잔류물이 없는 영역을 기판에 단단히 부착합니다(그림 3E).
    3. 스탬프 매니퓰레이터를 +Z 방향으로 조정하여 단일 플레이크의 각질을 제거합니다(그림 3F).
      참고: 플레이크는 기질과의 vdW 상호 작용을 통해 각질이 제거됩니다. 3.3.5단계에서 설명한 잔류물이 없는 영역을 얻는 과정과 유사하게, 잔류물이 없는 플레이크의 박리를 용이하게 하기 위해 시료 스테이지를 +X 방향으로 동시에 이동하는 것이 좋습니다. 잔류물이 없는 영역을 활용하여 단일 플레이크를 반복적으로 얻을 수 있습니다. 또한, 잔류물이 없는 영역은 플레이크의 조작에 사용되는 잔류물이 없는 스탬프 역할을 합니다.

4. 타겟 플레이크 조작의 원리 : 픽업 및 릴리스 프로세스

  1. 잔류물이 없는 스탬프를 사용하여 대상 플레이크를 픽업합니다.
    1. 스탬프 조작기를 조정하여 잔류물이 없는 스탬프를 대상 플레이크에 맞춥니다.
    2. 스탬프 매니퓰레이터를 -Z 방향으로 움직여 대상 플레이크의 일부 영역을 잔류물이 없는 스탬프와 접촉시킵니다(그림 4A).
    3. 잔류물이 없는 스탬프로 대상 플레이크를 들어 올립니다.amp 스탬프를 +Z 방향으로 조심스럽게 조정하여 그림 4B).
      참고: 2D 재료 간의 vdW 접착 에너지는 SiO2 와 2D 재료 간의 접착 에너지보다 커서 픽업 프로세스를 가능하게 합니다.
  2. 타겟 플레이크를 기판에 방출합니다.
    1. s에 청소된 기질을 놓습니다.amp르 스테이지.
    2. 스탬프 매니퓰레이터를 조정하여 픽업된 플레이크를 목표 위치에 맞춥니다.
    3. 스탬프 매니퓰레이터를 -Z 방향으로 조정하여 대상 플레이크의 전체 영역을 기판과 단단히 접촉시킵니다(그림 4C).
      참고: 불필요한 잔류물이 형성되지 않도록 테이프 영역이 그대로 유지되는 동안 스탬프의 잔류물이 없는 영역과 충분한 접촉이 이루어지도록 하십시오.
    4. 스탬프 조작기를 +X 방향으로 조정하여 잔류물이 없는 스탬프에서 대상 플레이크를 놓습니다. 그림 4D).
      참고: 방출 프로세스는 -X 방향의 이동을 사용하여 2D 재료 사이의 vdW 인터페이스에 전단력을 적용하여 초윤활성을 생성합니다. 또한 샘플 스테이지를 -X 방향으로 동시에 이동하면 방출 프로세스를 보다 원활하게 실행할 수 있습니다.

5. 잔류물이 없는 vdW 이종구조 조립체 제작

참고: 모든 픽업 및 릴리스 프로세스는 MoS2 잔류물이 없는 스탬프를 사용하여 섹션 4에 설명된 대로 수행됩니다. 합성 MoS2 결정(플럭스 영역 성장) 및 h-BN 결정(고압 모루 세포 성장)이 사용됩니다.

  1. 3단계를 수행하여 필요한 MoS2 및 h-BN의 단일 플레이크와 잔류물이 없는 스탬프를 얻습니다.
    참고: 모든 단일 플레이크는 비디오 4의 시각화를 위해 의도적으로 기판에 가깝게 배치됩니다.
  2. Hetero A라고 하는 상향식 적층 공정을 통해 h-BN/MoS2/h-BN 이종 구조를 조립합니다(비디오 4).
    1. MoS2 잔류물이 없는 스탬프로 MoS2 플레이크를 픽업합니다.
      참고: 2D 재료 간의 vdW 접착 에너지는 SiO2 와 2D 재료 간의 접착 에너지보다 크므로 h-BN 및 MoS2의 모든 페어링과 대상 플레이크 및 잔류물이 없는 스탬프를 성공적으로 결합할 수 있습니다.
    2. h-BN 플레이크에 방출하여 MoS2/h-BN 구조를 조립합니다.
      참고: 조립 중에 상부층의 일부가SiO2 기판과 접촉하면 보다 안정적인 방출을 달성할 수 있습니다. 반대로, 최상층이 기판과 접촉할 수 없는 경우 상층과 하부층 사이에도 초윤활성이 발생할 수 있습니다. 이러한 맥락에서, 효과적인 방출을 보장하기 위해 픽업 공정 중에 잔류물이 없는 스탬프와 대상 플레이크 사이의 겹치는 영역을 최소화하는 것이 중요합니다.
    3. 다른 h-BN 플레이크를 집어 MoS2/h-BN 구조에 방출합니다(그림 5).
  3. Hetero B라고 하는 하향식 적층 공정을 통해 h-BN/MoS2/h-BN 이종 구조를 조립합니다(비디오 5).
    1. MoS2 잔류물이 없는 스탬프를 사용하여 h-BN 플레이크를 픽업합니다.
    2. 픽업된 h-BN 플레이크를 사용하여 MoS2 플레이크를 덮은 다음 이미 픽업된 h-BN 플레이크로 MoS2 플레이크를 픽업하여 h-BN/MoS2 구조를 형성합니다.
    3. 결합된 구조를 다른 h-BN 플레이크로 분리합니다(그림 6).
      참고: 후속 모듈식 적층 공정을 용이하게 하기 위해 이종 구조의 한 층은 픽업 프로세스를 위해 충분히 넓은 영역을 갖도록 의도적으로 설계되었습니다.
  4. 모듈식 스태킹 프로세스를 통해 Hetero A와 Hetero B를 6층 헤테로 구조로 조립합니다(비디오 6).
    1. 잔류물이 없는 스탬프를 사용하여 Hetero B 전체를 픽업합니다.
    2. Hetero B를 Hetero A에 놓습니다.
      알림: 두 개의 이종 구조를 결합하면 서로 접촉하여 분해됩니다. 따라서 릴리스 프로세스를 한 번만 수행하는 것이 좋습니다. 또한 시료 스테이지를 -X 방향으로 더 이동하면 모듈식 적층 공정의 성능이 향상됩니다.

6. AFM 끝 짜는 기술

참고: 이 기술은 조립을 향상시키기 위해 고안된 선택적 공정이며 이종 인터페이스에서 형성된 물집이나 오염을 제거하기 위한 후처리 방법으로 사용됩니다.

  1. 실리콘 팁에 높은 스프링 상수를 장착하십시오.
    참고: 비접촉 팁은 압착 과정에 적합합니다.
  2. 샘플을 AFM 스테이지에 로드합니다.
  3. 1Hz의 스캔 속도와 1의 Z 서보 게인에서 적절한 적용된 힘을 설정합니다. 낮은 값(예: 5nN에서 2000nN 사이)부터 시작하여 힘을 점진적으로 증가시키는 것이 좋습니다.
  4. 압착 과정에서 적용된 힘을 30nN에서 1000nN으로 점차적으로 증가시킵니다. 블리스터를 완전히 제거할 수 있도록 각 플레이크의 가장자리까지 확장되는 전체 이종 인터페이스를 포함하도록 스캔 범위를 조정합니다.
    참고: 압착 공정에 대한 최적의 힘은 시료 두께와 계면 상태에 따라 다릅니다.

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결과

본원에 기술된 프로토콜은 배타적으로 vdW 상호작용을 활용하여 잔류물이 없는 단일 플레이크 및 복잡한 이종구조 어셈블리를 제작합니다. 이전 연구에서는 잔류물이 없는 MoS2 플레이크의 표면 형태, 화학적 조성 및 전기적 특성에 대한 포괄적인 특성화가 수행되었습니다22. 그림 7에서 볼 수 있듯이 HR-TEM을 사용하여 원자 수준에서 표면 구조를 검사했습니다. HR-TEM 이미지와 SAED(Selected Area Electron Diffraction) 패턴은 MoS2의 대칭 육각형 구조를 확인합니다. 또한 에너지 분산 X선 분광법(EDS)은 원소 매핑 및 조성 분석을 제공하여 탄소 및 산소 원자의 존재를 무시할 수 있는 수준으로 보여주었으며, 이는 최소한의 폴리머 잔류물 및 산화를 나타냅니다. 또한 XPS를 사용하여 원소의 화학적 상태를...

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토론

vdW 상호 작용을 활용하고 vdW 인터페이스에서 적용된 힘의 방향을 제어하면 잔류물이 없는 단일 플레이크에서 이종 구조에 이르는 구조를 조립할 수 있습니다. 다른 접근법과 달리, 이 방법은 복잡한 인프라, 엄격한 제조 공정 및 폴리머, 용매 또는 온도 변화에 대한 노출과 같은 실험 변수의 필요성을 제거합니다23,24. 잔류물이 없는 단일 플레이크의 제조 외에도 vdW 이종 구조는 하향식, 상향식 및 모듈식 적층 공정을 통해 조립할 수 있습니다.

스탬프의 기울기(~5°)는 플레이크를 얻거나 테이프 스탬프로 조작을 수행할 때 중요합니다. 이 기울기는 2D 재료와 잔류물이 없는 스탬프 사이의 접촉 면적을 정밀하게 제어할 수 있도록 하여 안정적이고 신뢰할 수 있는 조정을 보장합니다. 기울기 각도에 대한 보다 엄격한 기준을...

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공개 사항

저자는 공개할 내용이 없습니다.

감사의 글

본 연구는 정부(과학기술정보통신부)가 지원하는 한국연구재단(NRF) 보조금(RS-2022-NR070247 및 RS-2023-00218908)과 GIST가 지원하는 GIST-MIT 연구협력 보조금의 지원을 받았다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
원자력 현미경파크 시스템XE-100
공초점 라만 현미경호리바LabRAM HR 에볼루션
접촉 모드 AFM 팁 나노센서PPP-CONTSCR접촉 모드 측정의 경우, 스프링 상수: 0.2 N/m 
디지털 카메라소니E3ISPM06300KPB
양면 Kapton 테이프대현 STST-930H슬라이드 유리판에 단면 테이프를 부착하기 위해
h-BN 크리스탈2D 반도체BLK-hBN고압 모루 세포 성장
MoS2 크리스탈2D 반도체BLK-MoS2-SYN합성 결정, 플럭스 영역 성장
비접촉 모드 AFM 팁 나노센서PPP-NCHR나노 압착의 경우, 높은 스프링 상수: 42N/m
광학 현미경올림푸스BX51 시리즈
플라즈마 시스템 펨토 사이언스귀여운-1MP/R산소 플라즈마 처리용
단면 테이프닛토 덴코레발파 RA-98LS(N)고강성 테이프
초음파 세척기브 랜 슨5510E-DTH

참고문헌

  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).

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