Method Article

Złuszczanie i analiza wielkopowierzchniowych, wrażliwych na powietrze materiałów dwuwymiarowych

DOI:

10.3791/58693

⸱

January 5th, 2019

 ,  ,  ,  , 
1Department of Physics, University of Arkansas, 2Department of Physics, SUNY Geneseo, 3Institute for Nanoscale Science and Engineering, University of Arkansas

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przedstawiono metodę złuszczania dużych, cienkich płatków dwuwymiarowych materiałów wrażliwych na powietrze i bezpiecznego transportu ich do analizy poza komorę rękawicową.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opisujemy metody produkcji i analizy dużych, cienkich płatków dwuwymiarowych materiałów wrażliwych na powietrze. Cienkie płatki kryształów warstwowych lub kryształów van der Waalsa są wytwarzane za pomocą mechanicznego złuszczania, w którym warstwy są odklejane od kryształu luzem za pomocą taśmy klejącej. W tej metodzie uzyskuje się płatki wysokiej jakości, ale często są one małe i mogą być trudne do znalezienia, szczególnie w przypadku materiałów o stosunkowo wysokich energiach rozszczepienia, takich jak fosfor. Podgrzewanie podłoża i taśmy sprzyja dwuwymiarowej przyczepności materiału do podłoża, a wydajność płatków może być zwiększona nawet dziesięciokrotnie. Po złuszczeniu konieczne jest zobrazowanie lub inna analiza tych płatków, ale niektóre dwuwymiarowe materiały są wrażliwe na tlen lub wodę i ulegają degradacji pod wpływem powietrza. Zaprojektowaliśmy i przetestowaliśmy hermetyczną komórkę transferową, aby tymczasowo utrzymać obojętne środowisko komory rękawicowej, dzięki czemu wrażliwe na powietrze płatki mogą być obrazowane i analizowane przy minimalnej degradacji. Kompaktowa konstrukcja celi transferowej umożliwia analizę optyczną wrażliwych materiałów poza komorą rękawicową bez specjalistycznego sprzętu lub modyfikacji istniejącego sprzętu.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Różne materiały warstwowe, które mogą być złuszczane do pojedynczej warstwy atomowej, wzbudziły zainteresowanie w szerokim zakresie dziedzin. Jednak badanie i zastosowanie wielu z tych materiałów jest skomplikowane ze względu na fakt, że są one niestabilne w powietrzu i szybko utleniają się lub hydratują pod wpływem promieniowania. Na przykład; fosfor jest półprzewodnikiem o regulowanej bezpośredniej przerwie energetycznej, wysokiej ruchliwości oraz anizotropowych właściwościach optycznych i elektrycznych1,2,3,4,5 ale jest niestabilny w powietrzu i ulegnie zniszczeniu w czasie krótszym niż godzina6,7 z powodu interakcji z tlenem8. Ostatnio wykazano, że CrI3 wykazuje dwuwymiarowy ferromagnetyzm9,10,11, ale po wystawieniu na działanie powietrza ulega niemal natychmiastowej degradacji11.

Urządzenia wykonane z tych materiałów mogą być chronione przed powietrzem poprzez pracę w komorze rękawicowej i zamknięcie ich w chemicznie obojętnym materiale, takim jak sześciokątny azotek boru12,13. Jednak podczas opracowywania tych urządzeń często konieczna jest identyfikacja i analiza płatków przed enkapsulacją. Analiza ta wymaga albo usunięcia próbki z obojętnego środowiska komory rękawicowej, albo umieszczenia sprzętu analitycznego w komorze rękawicowej. Usunięcie próbki, nawet na krótki czas, grozi uszkodzeniem w wyniku utleniania lub hydratacji, a umieszczenie niezbędnego sprzętu w komorze rękawicowej może być kosztowne i kłopotliwe. Aby temu zaradzić, zaprojektowaliśmy hermetyczną komórkę transferową, która bezpiecznie zamyka próbkę, utrzymując ją w obojętnym środowisku, tak aby można ją było wyjąć z komory rękawicowej. W komorze transferowej próbka znajduje się 0,3 mm poniżej szklanego okienka, co umożliwia łatwą identyfikację płatków pod mikroskopem, a także zastosowanie technik analizy optycznej, takich jak fotoluminescencja lub spektroskopia Ramana.

Niektóre dwuwymiarowe materiały, oprócz tego, że są wrażliwe na powietrze, są również trudne do złuszczenia na cienkie płatki za pomocą typowej mechanicznej metody złuszczania, ze względu na stosunkowo wysoką energię rozszczepienia, stosunkowo słabe wiązania w płaszczyźnie, lub jedno i drugie. Inne metody, takie jak CVD growth14,15, płynne złuszczanie16 lub złuszczanie za pośrednictwem złota17,18 zostały opracowane do wytwarzania cienkich warstw, ale mogą skutkować mniej niż nieskazitelnymi płatkami i działają tylko w przypadku niektórych materiałów. Chociaż od co najmniej dekady wiadomo, że złuszczanie grafenu w podwyższonych temperaturach powoduje powstawanie dużych płatków19, technika ta została ostatnio scharakteryzowana ilościowo zarówno dla grafenu, jak i Bi2Sr2CaCu2Ox flakes20. Tutaj pokazujemy, że złuszczanie na gorąco poprawia wydajność złuszczania również w przypadku czarnego fosforu, materiału, który jest notorycznie trudny do złuszczenia. Technika ta, wraz z hermetyczną komórką transferową, ułatwia złuszczanie i analizę wrażliwych na powietrze, dwuwymiarowych materiałów.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Złuszczanie na gorąco materiałów 2D

UWAGA: Ta procedura jest wykonywana wewnątrz schowka.

  1. Przygotowanie taśmy
    1. Wytnij taśmę (patrz Tabela materiałów) o długości ≈5-10 cm i szerokości ≈2 cm. Umieść go lepką stroną do góry w obszarze roboczym. Złóż końce taśmy, aby ułatwić obsługę.
    2. Za pomocą pęsety umieść żądany materiał mniej więcej w jednej czwartej długości taśmy, wielokrotnie wciskając materiał w taśmę.
    3. Dalej rozprowadź materiał, składając taśmę na pół, przyklejając ją do siebie i rozsuwając tak, aby materiał zajmował powierzchnię co najmniej 1 cm2. W zależności od materiału powtórz to wielokrotnie: 1-2 razy dla czarnego fosforu lub kilka razy dla grafitu lub sześciokątnego azotku boru.
  2. Przygotowanie próbki
    1. Za pomocą pożądanej metody, takiej jak rysik z węglika spiekanego, rozetnij utlenioną płytkę krzemową lub inne pożądane podłoże na wióry odpowiednie do eksperymentu o szerokości ≤1 cm. Oczyść wióry przez sonikację przez 2 minuty w acetonie, a następnie izopropanolu (IPA), przy stosunkowo niskiej mocy (użyliśmy 12 W). Wydmuchać frytki do sucha za pomocą N2.
    2. Za pomocą przygotowanej taśmy mocno dociśnij osadzony materiał do podłoża. Mocno dociśnij kciukiem lub delikatnie dociśnij pęsetą, aby materiał jak najbardziej stykał się z wiórem
    3. Umieść taśmę z podłożem (stroną z substratem do dołu) na płycie grzejnej w temperaturze 120 °C na 2 minuty.
    4. Poczekaj, aż podłoże ostygnie do temperatury RT i ostrożnie usuń je z taśmy. Moczyć w acetonie przez 20 minut, aby usunąć pozostałości taśmy. Spłukiwać IPA przez 30 s i osuszyć podłoże azotem. W zależności od materiału mogą być dostępne inne opcje czyszczenia, takie jak wyżarzanie w gazie formującym.

2. Budowa, eksploatacja i konserwacja hermetycznych komórek transferowych

  1. budowa
    1. Zbuduj komórkę (Rysunek 2) z pożądanego materiału (użyliśmy aluminium). Ma 30 mm średnicy i 17,6 mm wysokości po zamknięciu. Rysunki produkcyjne są dostępne na stronie http://churchill-lab.com/useful-things.
    2. Wykonaj podstawę o wysokości 16,2 mm z podniesioną platformą próbki, która jest gwintowana za pomocą gwintów 3/4 - 10 z odpowietrznikiem wyciętym w gwintach. W miejscu, w którym nasadka styka się z podstawą, wykonaj wstawkę na O-ring (patrz Tabela materiałów).
    3. Spraw, aby nasadka miała wysokość 8,6 mm z pasującymi gwintami wewnętrznymi przechodzącymi przez środek.
    4. Wgłębić zaślepkę o 0,2 mm, aby pomieścić okienko ze szkła nakrywkowego o średnicy 24 mm x grubości 0,1 mm (w tym przypadku szkło borokrzemianowe).
    5. Nałóż niewielką ilość smaru próżniowego na wszystkie strony O-ringu i wrzuć go do wkładu podstawy.
    6. Przed przymocowaniem okienka do nasadki ogniwa należy oczyścić nasadkę z acetonu i IPA, aby usunąć olej lub zanieczyszczenia pozostawione w procesie obróbki.
    7. Przymocuj okno do nasadki komórki za pomocą żywicy epoksydowej. Dokładnie wymieszaj żywicę epoksydową zgodnie ze specyfikacją producenta. W tym przypadku części A i B są połączone wagowo w stosunku 1:1,8.
    8. Nałóż niewielką ilość żywicy epoksydowej na wgłębienie na nasadce i rozprowadź ją tak równomiernie, jak to możliwe.
    9. Umieść szkło nakrywkowe o grubości 0,1 mm i średnicy 24 mm (w tym przypadku szkło borokrzemowe) we wgłębieniu i delikatnie wciśnij je w żywicę epoksydową. Upewnij się, że okno jest wypoziomowane z górną częścią nasadki i że w żywicy epoksydowej nie ma pęcherzyków.
    10. Wytrzyj nadmiar żywicy epoksydowej, aby nic nie wystawało z powierzchni nasadki. Pozostaw żywicę epoksydową do utwardzenia przez czas zalecany przez producenta w temperaturze pokojowej.
  2. Operacja
    UWAGA: Ta procedura jest wykonywana w komorze podręcznej.
    1. Stosując żądaną metodę, przymocuj przygotowaną próbkę do podstawy ogniwa (taśma dwustronna, klej itp.). Kuweta jest przystosowana do przechowywania próbek o szerokości do 1 cm i grubości 0,7 mm wraz z klejem.
    2. Mocno przykręć nakrętkę do podstawy. Powoduje to uszczelnienie między nasadką a podstawą poprzez ściśnięcie O-ringu. Upewnij się, że ciśnienie wewnątrz celi transferowej nie przekracza 3 mbar powyżej ciśnienia otoczenia.
    3. Sprawdź, czy próbka znajduje się tuż pod oknem. Próbkę można teraz bezpiecznie wyjąć ze schowka podręcznego.
  3. Naprawa okien
    1. Za pomocą pęsety usuń potłuczone szkło, które nie jest mocno przymocowane do żywicy epoksydowej. Rozbij to, co pozostało ze szkła (za pomocą rysika z węglika spiekanego lub innej metody), aby żywica epoksydowa pod spodem była odsłonięta.
      UWAGA: Podczas usuwania potłuczonego szkła należy nosić rękawice i okulary ochronne
      2. .
    2. Namocz nakrętkę w mieszance acetonu i trichloroetylenu (TCE) w proporcji 50:50 przez 1-2 godziny lub do momentu, gdy żywica epoksydowa zmięknie i zacznie oddzielać się od nakrętki. Płukać w IPA przez 30 s.
    3. Oderwij luźną żywicę epoksydową i zeskrob pozostałą żywicę epoksydową z powierzchni żyletką. Uważaj, aby nie uszkodzić powierzchni nasadki. W razie potrzeby powtórz poprzedni krok.
    4. Wyszoruj wgłębienie acetonem, aż powierzchnia zostanie oczyszczona z wszelkich pozostałości żywicy epoksydowej. Okno komórki można teraz zastąpić, wykonując powyższe kroki.

3. Przykładowe zastosowania komórki transferowej

  1. Analiza optyczna
    1. W przypadku obrazowania płatków umieść komórkę transferową pod mikroskopem. Komórka może być używana z każdym konwencjonalnym mikroskopem. Podczas ustawiania ostrości uważaj, aby nie rozbić celu o delikatną wdowę.
    2. Postępuj zgodnie z żądaną metodą znajdowania płatków materiału.
  2. Spolaryzowana spektroskopia Ramana
    1. W przypadku spektroskopii Ramana z rozdzielczością polaryzacyjną należy wyrównać plamkę lasera z płatkiem zainteresowania. W tym przypadku używamy długości fali 633 nm i mocy 50 μW oraz soczewki obiektywu o powiększeniu 100x. W przypadku czarnego fosforu wymagana jest niska moc lasera, aby zapobiec uszkodzeniu płatka.
    2. Za pomocą płytki półfalowej zmień kąt polaryzacji.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Celem złuszczania dwuwymiarowych materiałów jest izolacja atomowo cienkich warstw. Podczas procesu złuszczania płatki oddzielają się od kryształu luzem, pozostawiając płatki o różnej grubości, z niewielkim prawdopodobieństwem, że niektóre płatki są monowarstwami. Zwiększając gęstość i rozmiar wszystkich złuszczonych płatków, złuszczanie na gorąco zwiększa gęstość i rozmiar boczny cienkich płatków. Osiąga się to poprzez zwiększenie powierzchni materiału, która ma bliski kontakt z podłożem. W kontakcie gazy uwięzione między materiałem a podłożem rozszerzają się podczas ogrzewania i są wypychane spod płatków. Usunięcie uwięzionego gazu pozwala większej ilości materiału wejść w bliski kontakt z podłożem, zwiększając w ten sposób ilość złuszczonych płatków (Rysunek 1A,B), jak wyraźnie wyjaśniono w Ref 20. Złuszczanie czarnego fosforu przeprowadzono przy użyciu typowej techniki złuszczania mechanicznego i złuszczania na gorąco na wiórach krzemowych o grubości 90 nm SiO2. Mierząc całkowitą powierzchnię osadzonego materiału na chipie krzemowym o wymiarach 1 cm x 1 cm, można zauważyć (Rysunek 1C), że złuszczanie na gorąco osadza 6-10 razy więcej materiału. Z naszego doświadczenia wynika, że z podłoży oczyszczonych HF po złuszczeniu na gorąco można pobrać inne materiały, w tym grafen, sześciokątny azotek boru, fosfor, MnPSe3 i WSe2. Użyliśmy roztworu HF:water w proporcji 10:1 do czyszczenia podłoży SiO2 przez okres 15 sekund. Zauważ, że 10% HF wytrawia SiO2 z szybkością 23 nm/min21 , więc proces ten wytrawia nasze podłoża o 6 nm.

Teraz rozważamy skuteczność hermetycznego ogniwa transferowego (Rysunek 3A) w utrzymywaniu obojętnej atmosfery po wyjęciu z komory rękawicowej. CrI3 jest szczególnie wrażliwy na nawodnienie i ulega degradacji w ciągu kilku sekund pod wpływem powietrza (Rysunek 3D). Jednak wewnątrz komórki transferowej złuszczona próbka CrI3 pozostała niezmieniona przez 15 godzin (Rysunek 3B) i zaczęła wykazywać oznaki degradacji (pęcherze) dopiero po 24 godzinach ( Figura 3C). Podczas gdy uszkodzenia w zbyt małej skali obserwacyjnie prawdopodobnie występują w krótszej skali czasowej, wyniki te pokazują, że opisana tutaj hermetyczna komórka transferowa spowalnia tempo degradacji próbki o co najmniej trzy rzędy wielkości (godziny wewnątrz komórki w porównaniu z sekundami na zewnątrz).

Aby zademonstrować użycie komórki transferowej do analizy optycznej materiałów wrażliwych na powietrze, przeprowadziliśmy spektroskopię Ramana z rozdzielczością polaryzacyjną na stosunkowo grubym (> 50 nm) płatku czarnego fosforu (Rysunek 4A). Widma uzyskano za pomocą wzbudzenia laserowego o mocy 50 μW przy długości fali 632,8 nm z soczewką obiektywową o powiększeniu 100x. Do obracania polaryzacji wiązki wzbudzenia użyto płytki półfalowej. W Rysunek 4B, trzy piki Ramana można zaobserwować w BP na około 466, 438 i 361 cm−1, odpowiadających odpowiednio trybom drgań Ag2, B2g i Ag1, niezależnie od polaryzacji, co zgadza się z wcześniejszymi obserwacjami w masowych kryształach BP dla wzbudzenia i zbierania wzdłuż osi z. 5,22 Pozycje szczytowe nie zmieniają się w zależności od kąta polaryzacji. Jednak względne intensywności tych trzech trybów zmieniają się znacznie wraz z polaryzacją światła padającego. Tryb wibracji Ag 2, który ma największą zmienność intensywności przy polaryzacji lasera wzbudzenia, jak pokazano na Rysunek 4B, C, jest związany z ruchem atomowym wzdłuż kierunku fotela. Dlatego, jak wcześniej informowaliśmy5, ten tryb wibracji zapewnia skuteczną metodę określania kierunku fotela kryształu BP, a tym samym orientacji kryształu. W Rysunek 4C, intensywność Ramana pokazuje dwa maksima w jednym pełnym obrocie, zlokalizowane pod kątem 26,5° i 206,5° w stosunku do osi X i Y zdefiniowanych na obrazach mikroskopowych, i wnioskujemy, że kierunek fotela BP jest zorientowany na 26,5° dla tego płatka. Podobne metody spektroskopii optycznej można wykorzystać do określenia orientacji kryształów i innych właściwości, takich jak liczba warstw lub przerwa w paśmie optycznym, dla innych wrażliwych na powietrze materiałów 2D.

figure-results-1
Rysunek 1: Rozkład materiału na utlenionym chipie krzemowym. (A) Typowa próbka czarnego fosforu złuszczonego w temperaturze pokojowej. (B) Typowa próbka czarnego fosforu złuszczonego w temperaturze 120 °C. (C) Histogram obszaru złuszczonego czarnego fosforu przy użyciu złuszczania w temperaturze pokojowej (na zimno) i na gorąco. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-2
Rysunek 2: Komórka transferowa. (A) Zdjęcie hermetycznej komórki transferowej z oddzielną pokrywą i podstawą. (B) Schematyczny rysunek transferu. W gwintach wycina się otwór wentylacyjny (zielony). Zwróć uwagę, że spód podstawy jest gwintowany i gwintowany do montażu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-3
Rysunek 3: Tłumienie degradacji płatków w komórkach transferowych. (A) ŚwieżyCrI3 w komórce transferowej (B)CrI3 w komórce po 15 godzinach. (C) CrI3 w komórce po 24 godzinach W tym momencie można zobaczyć pęcherze nawadniające. (D)CrI3 w powietrzu po 24 godzinach w komorze przesyłowej i 30 s w powietrzu. Duże obszary uwodnionego CrI3 zebrały się na krawędziach płatka. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

figure-results-4
Rysunek 4: Identyfikacja orientacji krystalicznej. (A) Mikrofotografia optyczna grubych płatków złuszczonego BP. (B) Spektroskopia Ramana z rozdzielczością polaryzacyjną grubego płatka BP. (C) Wykres biegunowy intensywności Ramana uśredniony w zakresie widmowym w (B) w funkcji kąta polaryzacji wzbudzenia liniowego (początek wykresu to intensywność zerowa). Dopasowanie jest funkcją sinusoidalną i stałą. Linia przerywana wskazuje kierunek fotela. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Złuszczanie na gorąco zachowuje zdolność typowego złuszczania mechanicznego do wytwarzania nieskazitelnie cienkich płatków, jednocześnie unikając wielu wad alternatyw. Podobnie jak typowa eksfoliacja mechaniczna, technika ta nie ogranicza się do niewielkiego podzbioru materiałów. Złuszczanie na gorąco można stosować do każdego materiału, który można złuszczać za pomocą złuszczania mechanicznego w temperaturze pokojowej, o ile materiał toleruje nagrzewanie do 120 °C przez 2 minuty w atmosferze obojętnej. Zwracamy również uwagę, że wykazano20 , iż czas nagrzewania i temperatura (powyżej 100 °C) nie powodują zauważalnej różnicy w gęstości płatków. Wraz ze zwiększonym kontaktem, średni rozmiar płatków można również poprawić poprzez zwiększenie siły wiązania między podłożem a płatkami. Jednym ze sposobów osiągnięcia tego celu byłoby potraktowanie podłoża plazmąO2 , ale to również sprawiłoby, że płatki byłyby twarde lub niemożliwe do zebrania do użycia w urządzeniach wymagających wytwarzania heterostruktury20.

Cela transferowa może być wykonana z dowolnego odpowiedniego metalu. Użyliśmy aluminium, ponieważ jest łatwe w obróbce, ale należy zauważyć, że TCE (używany do usuwania żywicy epoksydowej) powoduje korozję aluminium, gdy jest niestabilizowany, podgrzewany lub zmieszany z wodą. Stal nierdzewna byłaby trwalsza i mniej reaktywna z TCE. Nie zaobserwowaliśmy jednak żadnych efektów korozyjnych przy użyciu tej metody w RT. W przypadku obrazowania i analizy z obiektywami o dużej aperturze numerycznej, konstrukcja celi transferowej jest taka, że po zamknięciu dolna część okna znajduje się 0,8 mm powyżej górnej części podstawy. W przypadku podłoża o grubości 0,5 mm i kleju o grubości 0,1 mm próbka znajduje się 0,3 mm poniżej górnej części celi transferowej. Ta bliskość pozwala na obrazowanie i analizę przy dużym powiększeniu i stosunkowo krótkiej odległości roboczej obiektywów. Złuszczony materiał jest wyraźnie widoczny w 5, 20, 50-krotnym powiększeniu, co pozwala na łatwą identyfikację cienkich płatków. Przy większych powiększeniach aberracje sferyczne spowodowane przez okno znacznie pogarszają jakość obrazu. Pod warunkiem, że podłoże próbki ma grubość mniejszą niż 0,7 mm, nie ma ryzyka nadmiernego dokręcenia celi. Po przykręceniu nakrętki nadmiar gazu jest wydalany przez otwór wentylacyjny w gwintach. Podczas budowy dokładna lokalizacja odpowietrznika nie jest ważna, ale ważne jest, aby nie była ona zasłonięta przez próbkę, smar próżniowy lub cokolwiek innego. Nawiewnik zapobiega pękaniu kruchego okna o grubości 0,1 mm z powodu nadciśnienia podczas zakręcania zaślepki. Okno wytrzymuje zmiany ciśnienia tylko o kilka mbar.

Szklane okienko nakrywkowe używane do komórek transferowych jest wykonane ze szkła borokrzemianowego, ale do analizy optycznej przy długościach fal innych niż widzialne dla bliskiej podczerwieni można użyć innych materiałów okiennych. Aby uzyskać najlepsze obrazowanie, należy zachować ostrożność podczas montażu szklanego okna. W przypadku nieprawidłowego osadzenia odległość między próbką a oknem może być większa niż oczekiwano. Szczególnie w przypadku celów o małej odległości roboczej może to spowodować zderzenie z celem i wybicie szyby. Ponadto niektóre epoksydy utwardzają się szybciej w wyższych temperaturach, ale ponieważ metale i szkło mają różne współczynniki rozszerzalności cieplnej, wdowa odkształci się po schłodzeniu z powrotem do temperatury pokojowej. Żywica epoksydowa powinna być utwardzana w tej samej temperaturze, w której będzie używana (tj. jeśli ogniwo będzie używane w temperaturze pokojowej), żywica epoksydowa powinna być również utwardzana w temperaturze pokojowej.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca została wsparta przez nagrodę NSF o numerze DMR-1610126.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Ablestik 286 epoksydowaLoctite256 6 OZ TUBE KIThermetyczny epoksyd
AcetonEDM Millipore Corporation67-64-1
Okrągłe szkło osłonowe, średnica 24 mm, grubość 0Szkło okienneAgar ScientificAGL46R22-0
Taśma do krojenia w kostkęTaśma złuszczającaUltron systems1009R
Smar wysokopróżniowyDow Corning1597418Smar do o-ringów
IsopropanolVWR ChemicalsBDH20880.400
Wafel krzemowy, tlenek 300 nmPodłoże płatkoweUniversity WaferE0851.01
Wafel krzemowy, tlenek 90 nmNova Electronic MaterialsHS39626-OXpodłoże płatkowe

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Koenig, S. P., Doganov, R. A., Schmidt, H., Castro Neto, A. H., Özyilmaz, B. Electric field effect in ultrathin black phosphorus. Applied Physics Letters. 104 (10), 103106(2014).
  2. Li, L., et al. Black phosphorus field-effect transistors. Nature Nanotechnology. 9 (5), 372-377 (2014).
  3. Liu, H., et al. Phosphorene: an unexplored 2D semiconductor with a high hole mobility. ACS Nano. 8 (4), 4033(2014).
  4. Wang, X., et al. Highly anisotropic and robust excitons in monolayer black phosphorus. Nature Nanotechnology. 10 (6), 517(2015).
  5. Xia, F., Wang, H., Jia, Y. Rediscovering black phosphorus as an anisotropic layered material for optoelectronics and electronics. Nature Communications. 5, 4458(2014).
  6. Castellanos-Gomez, A., et al. Isolation and characterization of few-layer black phosphorus. 2D Materials. 1 (2), 025001(2014).
  7. Island, J. O., et al. Environmental instability of few-layer black phosphorus. 2D Materials. 2 (1), 011002(2015).
  8. Huang, Y., et al. Interaction of Black Phosphorus with Oxygen and Water. Chemistry of Materials. 28 (22), 8330-8339 (2016).
  9. Gong, C., et al. Discovery of intrinsic ferromagnetism in two-dimensional van der Waals crystals. Nature. 546 (7657), 265(2017).
  10. Huang, B., et al. Layer-dependent ferromagnetism in a van der Waals crystal down to the monolayer limit. Nature. 546 (7657), 270(2017).
  11. Lado, J. L., Fernández-Rossier, J. On the origin of magnetic anisotropy in two dimensional CrI3. 2D Materials. 4 (3), 35002(2017).
  12. Li, X., Yin, J., Zhou, J., Guo, W. Large area hexagonal boron nitride monolayer as efficient atomically thick insulating coating against friction and oxidation. Nanotechnology. 25 (10), 105701(2014).
  13. Liu, Z., et al. Ultrathin high-temperature oxidation-resistant coatings of hexagonal boron nitride. Nature Communications. 4, 2541(2013).
  14. Li, X., et al. Large-Area Synthesis of High-Quality and Uniform Graphene Films on Copper Foils. Science. 324 (5932), 1312-1314 (2009).
  15. Sutter, E. A., Flege, J. I., Sutter, P. W. Epitaxial graphene on ruthenium. Nature Materials. 7 (5), 406-411 (2008).
  16. Lotya, M., et al. High-yield production of graphene by liquid-phase exfoliation of graphite. Nature Nanotechnology. 3 (9), 563-568 (2008).
  17. Magda, G. Z., et al. Exfoliation of large-area transition metal chalcogenide single layers. Scientific reports. 5, 14714(2015).
  18. Desai, S. B., et al. Gold-Mediated Exfoliation of Ultralarge Optoelectronically-Perfect Monolayers. Advanced materials (Deerfield Beach, Fla). 28 (21), 4053-4058 (2016).
  19. Williams, J. R. Electronic transport in graphene: p-n junctions, shot noise, and nanoribbons. , ProQuest Dissertations Publishing. (2009).
  20. Huang, Y., et al. Reliable Exfoliation of Large-Area High-Quality Flakes of Graphene and Other Two-Dimensional Materials. ACS Nano. 9 (11), 10612-10620 (2015).
  21. Williams, K. R., Muller, R. S. Etch rates for micromachining processing. Journal of Microelectromechanical Systems. 5 (4), 256-269 (1996).
  22. Ribeiro, H. B., Pimenta, M. A., de Matos, C. J. S. Raman spectroscopy in black phosphorus. Journal of Raman Spectroscopy. 49 (1), 76-90 (2018).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Two Dimensional MaterialsMechanical ExfoliationAir Sensitive MaterialsHermetic Transfer CellHot ExfoliationOptical AnalysisRaman SpectroscopyGlovebox TechniqueFlake YieldCrystal Orientation

Related Articles