Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Wytwarzanie heterostruktur van der Waalsa w materiałach dwuwymiarowych bez pozostałości

1.6K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/68540

⸱

18 lipca 2025

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

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

W pracy przedstawiono metodologię wytwarzania bez pozostałości do wytwarzania pojedynczych płatków materiałów dwuwymiarowych i łączenia ich w złożone heterostruktury przy użyciu wyłącznie oddziaływań van der Waalsa. Technika ta eliminuje potrzebę stosowania substancji zewnętrznych i specyficznych warunków eksperymentalnych, umożliwiając złożone składanie heterostruktur poprzez procesy układania od dołu do góry, od góry do dołu i modułowe.

Streszczenie

W niniejszej pracy przedstawiono unikalną metodologię, która wykorzystuje interakcje van der Waalsa (vdW) do wytwarzania wolnych od pozostałości pojedynczych płatków materiałów dwuwymiarowych (2D), które są następnie łączone w skomplikowane heterostruktury. Podejście to koncentruje się na zapewnieniu, że płatki są wolne od wszelkich pozostałości, które mogłyby wpłynąć na ich właściwości i wydajność. Dowody z mikroskopii sił atomowych i spektroskopii Ramana potwierdzają, że przenoszone sześciokątne płatki azotku boru (h-BN) i dwusiarczku molibdenu (MoS2) wykazują doskonałą płaskość i brak odkształceń, co ma kluczowe znaczenie dla różnych zastosowań w elektronice i optoelektronice. Ponadto procesy pobierania i uwalniania płatka docelowego są demonstrowane za pomocą stempla bez pozostałości, kontrolowanego przez rodzaj siły przyłożonej do granicy faz, czy to normalną, czy ścinającą. Dzięki starannemu kierowaniu ruchem stempla wolnego od pozostałości, pomyślne składanie heterostruktur h-BN/MoS2/h-BN uzyskuje się zarówno w procesach układania od dołu do góry, jak i od góry do dołu. Co więcej, wstępnie zmontowane heterostruktury zostały modułowo ułożone w stosy, aby stworzyć bardziej złożoną heterostrukturę, co pokazuje wszechstronność proponowanej metodologii. Prace te nie tylko umożliwiają uzyskanie pojedynczych płatków materiałów 2D bez pozostałości, ale także torują drogę do udoskonalenia technik wytwarzania w heterostrukturach vdW.

Wprowadzenie

Szybki rozwój materiałów dwuwymiarowych (2D) znacząco przekształcił wiele dziedzin badawczych, stwarzając niespotykane dotąd możliwości dla zaawansowanych urządzeń. Niezwykłe właściwości tych materiałów, w tym wyjątkowa przewodność elektryczna, wytrzymałość mechaniczna i stabilność termiczna, sprawiają, że są one idealnymi kandydatami do zastosowań w urządzeniach elektronicznych i optoelektronicznych, rozwiązaniach zarządzania ciepłem, systemach magazynowania energii i czujnikach 1,2,3,4,5,6,7,8 . Dodatkowo, zdolność do konstruowania heterostruktur van der Waalsa (vdW) zwiększa ich funkcjonalność, pozwalając na precyzyjną inżynierię struktur pasmowych i oddziaływań międzywarstwowych 9,10,11,12,13. Ta zdolność może prowadzić do nowych lub ulepszonych właściwości materiału dostosowanych do konkretnych zastosowań.

Jednak obsługa i manipulacja materiałami 2D stanowią poważne wyzwanie, szczególnie w zakresie zachowania ich wyjątkowej jakości podczas obróbki. Zanieczyszczenie pozostałościami po konwencjonalnych technikach wytwarzania może znacznie podważyć integralność materiałów, niekorzystnie wpływając na ich wydajność i niezawodność w urządzeniach14,15. Zastosowanie polimerów w produkcji materiałów 2D często pozostawia niepożądane pozostałości16,17. Aby rozwiązać ten problem, kilku badaczy zbadało zaawansowane techniki wytwarzania i procesy czystego transferu, aby usprawnić produkcję materiałów 2D o wysokiej czystości. Wang i in. wprowadzili innowacyjną technikę montażu, która wykorzystuje adhezję vdW w celu uzyskania czystych granic faz w heterostrukturach grafen/azotek boru18. Opierając się na tej koncepcji, Wen i in. zastosowali ostatnio technikę suchego transferu wspomaganą vdW przy użyciu h-BN jako warstwy pośredniej, która umożliwiła czyste oderwanie pojedynczych płatków poprzez boczne odklejanie warstwy19 vdW. W ramach godnej uwagi wcześniejszej techniki, Pizzocchero i in. opracowali technikę "gorącego zbierania" do grupowego montażu heterostruktur, demonstrując szybką i wysokowydajną produkcję interfejsów bez pęcherzy poprzez układanie w stosy w podwyższonych temperaturach20. Ponadto Wang i in. zaproponowali podejście bez polimerów przy użyciu elastycznych membran z azotku krzemu, co pozwala na czysty montaż w ultrawysokiej próżni i wysokich temperaturach21. Podczas gdy wcześniejsze badania opracowały doskonałe metody, zdolność do uzyskania pojedynczych płatków wolnych od pozostałości i wdrożenia łatwej metody przetwarzania pozostaje niezbędna. Dlatego opracowanie skutecznych metod przetwarzania bez pozostałości ma kluczowe znaczenie dla maksymalizacji potencjału materiałów 2D w praktycznych zastosowaniach.

W poprzedniej pracy Lee i wsp. opracowano nowatorską metodę wytwarzania, która wykorzystuje nieodłączne interakcje vdW między materiałami 2D w celu uzyskania pojedynczych płatków i składania heterostruktur bez użycia polimerowych warstw nośnych22. Kompleksowa charakterystyka, obejmująca mikroskopię sił atomowych (AFM), transmisyjną mikroskopię elektronową o wysokiej rozdzielczości (HR-TEM), rentgenowską spektroskopię fotoelektronów (XPS) oraz pomiary elektryczne, potwierdziła wolny od pozostałości charakter zarówno przenoszonych płatków, jak i powstałych heterostruktur. Opierając się na tej wolnej od pozostałości platformie transferowej, obecne prace zapewniają szczegółowy i zorientowany na protokół przewodnik, który obejmuje cały proces, od konfiguracji eksperymentalnej po rozszerzoną technikę montażu złożonych heterostruktur. W szczególności szczegółowo omówiono konfigurację systemu suchego transferu, strategie przygotowania stempla oraz zoptymalizowane procedury uzyskiwania czystych i cienkich płatków h-BN i MoS2. Materiały te są szeroko stosowane ze względu na ich silną przyczepność vdW i korzystne właściwości elektroniczne 13,23,24,25. Ponadto opisano systematyczne techniki sekwencyjnego pobierania i uwalniania bez pozostałości, a także różne techniki montażu heterostruktur, takie jak procesy układania w stosy od góry do dołu, od dołu do góry i modułowe.

Artykuł jest zorganizowany w następujący sposób: krok 1 i krok 2 szczegółowo opisują projekt systemu suchego transferu i wytwarzanie dwóch rodzajów stempli, które obejmują stempel wstępny złuszczający i stempel taśmowy. Krok 3 przedstawia proces produkcji płatków wolnych od pozostałości przy użyciu tych stempli. Kroki 4 i 5 opisują procedury pionowego układania w stosy za pomocą stempla bez pozostałości, umożliwiającego budowę złożonych heterostruktur. Wreszcie, krok 6 przedstawia technikę wyciskania końcówki AFM w celu selektywnego usuwania pęcherzy międzyfazowych, poprawiając w ten sposób jakość międzyfazową po montażu. Ogólnie rzecz biorąc, protokoły te mają na celu zapewnienie wszechstronnej i powtarzalnej metodologii wytwarzania czystych i wysokiej jakości heterostruktur 2D.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Szczegółowe informacje na temat materiałów eksploatacyjnych i sprzętu użytego w tym badaniu są wymienione w Tabeli materiałów.

1. Oprzyrządowanie do produkcji bez pozostałości

UWAGA: Wytwarzanie materiałów 2D bez pozostałości odbywa się w warunkach otoczenia przy użyciu niestandardowej konfiguracji suchego transferu. Zestaw składa się z trzech głównych elementów: dostosowanego mikroskopu optycznego, stolika na próbki w osi XY oraz manipulatora stempla w osi XYZ (rysunek 1A). Elementy te są instalowane na stole antywibracyjnym w celu zminimalizowania zakłóceń zewnętrznych podczas pracy. Konfiguracja jest sterowana ręcznie.

  1. Mikroskop optyczny: Wyposaż niestandardowy komercyjny mikroskop optyczny w soczewki obiektywowe o dużej odległości roboczej (5×, 10×, 20×, 50× i 100×) oraz kamerę cyfrową, aby uzyskać odpowiednie powiększenie i wystarczającą przestrzeń do przetwarzania. Podłącz kamerę do komputera, potwierdzając zgodność z oprogramowaniem do zbierania danych.
  2. Stolik na próbki w osi XY: Zmontuj dwa liniowe stopnie translacji, aby ułatwić precyzyjną regulację stolika na próbkę zarówno w kierunku X, jak i Y. Dodatkowo zainstaluj płaski uchwyt na próbkę, aby prawidłowo umieścić próbkę nad stolikiem (Rysunek 1B).
  3. Manipulator stempla osi XYZ: Zmontuj trzy liniowe stopnie translacji z płytą montażową pod kątem prostym, aby zbudować manipulator osi XYZ z precyzyjnymi regulacjami. Następnie użyj dodatkowej płytki montażowej pod kątem prostym i płytki magnetycznej, aby bezpiecznie przymocować stempel za pomocą magnesu (Rysunek 1C).
    UWAGA: Manipulator musi być zainstalowany wystarczająco blisko stolika na próbkę, aby zapewnić odpowiedni dostęp do stempla. Dodatkowo stolik translacyjny może przesunąć się o więcej niż 2 cm w kierunku osi Z.

2. Przygotowanie stempla

UWAGA: Rozmiar kawałka taśmy użytego do stworzenia stempli nie wpływa znacząco na proces. Dodatkowo zaleca się usunięcie folii pokrywającej bezpośrednio przed użyciem stempla, aby zapewnić bezpieczną przyczepność.

  1. Przygotuj dwustronny stempel taśmowy (stempel przed złuszczaniem).
    1. Wytnij kawałek dwustronnej taśmy kaptonowej na prostokątny kształt o rozmiarach 4 mm × 5 mm (Rysunek 2A).
    2. Przymocuj kawałek taśmy dwustronnej do środkowej krawędzi szkiełka podstawowego, a następnie usuń folię pokrywającą (Rysunek 2B).
  2. Przygotuj stempel jednostronny na taśmie (stempel taśmowy).
    1. Wytnij kawałek taśmy jednostronnej w kształt rombu, z każdej strony o długości 5-6 mm (Rysunek 2C).
    2. Powinien być identyczny ze stemplem na taśmie dwustronnej opisanym w kroku 2.1.
    3. Przymocuj kawałek taśmy jednostronnej stroną klejącą do góry, upewniając się, że wąski wierzchołek wystaje 1 mm poza krawędź szkiełka, na taśmie dwustronnej (rysunek 2D).
      UWAGA: Ponieważ taśma jednostronna wystaje poza krawędź szkiełka, wybrano taśmę o dużej sztywności, aby zminimalizować zginanie podczas używania stempla.
    4. Usuń folię zakrywającą, aby odsłonić klejącą powierzchnię taśmy jednostronnej.

3. Wytwarzanie regionu wolnego od pozostałości i pojedynczego płatka

  1. Wykonaj proces wstępnego złuszczania na krysztale luzem.
    1. Przygotuj kawałek kryształu luzem za pomocą bawełnianego wacika i żyletki.
    2. Przymocuj kryształ do klejącej powierzchni stempla przed złuszczaniem (Rysunek 3A). Następnie umieść kolejny stempel przed złuszczeniem na wierzchu kryształu, aby stworzyć konfigurację kanapkową.
      UWAGA: W przypadku stosowania stempli do wstępnego złuszczania ważne jest, aby cała powierzchnia kryształu luzem przylegała równomiernie do stempla, co ma kluczowe znaczenie dla uzyskania dużej i płaskiej powierzchni po procesie złuszczania.
    3. Delikatnie złuszczaj i powtarzaj ten proces od 3 do 5 razy, aż do uzyskania czystego i jednolitego kryształu o grubości submikronowej (ryc. 3B).
      UWAGA: Liczbę iteracji wymaganych w procesie złuszczania należy powtarzać, aż do uzyskania wystarczająco jednolitego i cienkiego wstępnie złuszczonego kryształu. Proces ten określa grubość i jakość obszaru wolnego od pozostałości, który zostanie następnie uzyskany.
  2. Przygotować czyste podłoże z dwutlenku krzemu/krzemu (SiO2/Si).
    UWAGA: Aby zminimalizować możliwość powstawania pozostałości zewnętrznych, przed użyciem zbadano stan czyszczonego podłoża za pomocą 100-krotnego mikroskopu optycznego. Do identyfikacji wizualnej cienkich materiałów 2D zalecany jest SiO2 o grubości 300 nm.
    1. Pokrój termicznie wyhodowaną płytkę SiO2/Si o grubości 300 nm na kawałki o długości 1 cm × 1 cm za pomocą noża do wafli.
    2. Zanurz podłoża w acetonie elektronicznym o wysokiej czystości i poddaj sonizacji przez 2 minuty za pomocą myjki ultradźwiękowej.
      UWAGA: Czyszczenie ultradźwiękowe acetonem odbywa się wewnątrz dygestorium.
    3. Spłucz podłoża ultraczystą wodą dejonizowaną.
    4. Wysuszyć podłoża za pomocą przedmuchu azotu, a następnie umieścić je na płycie grzejnej ustawionej powyżej 100 °C na co najmniej 5 minut, aby zapobiec pozostawianiu pozostałości rozpuszczalnika.
    5. Wykonaj obróbkę plazmą tlenową przy natężeniu przepływu tlenu gazowego 100 sccm, ciśnieniu podstawowym 1 × 10-2 Torr i mocy 100 W. Ustabilizuj przepływ gazu na 60 s, zastosuj plazmę na 10 s, następnie przedmuchuj przez 20 s i odpowietrzaj przez kolejne 20 s.
  3. Zdobądź obszar wolny od pozostałości (Wideo 1).
    UWAGA: Film 1 pokazuje pozyskiwanie obszaru wolnego od pozostałości ze wstępnie złuszczonego h-BN. Rysunek 2E przedstawia przykładowy obraz instrumentu, aby pomóc w zrozumieniu tego procesu. Powodem, dla którego kawałek taśmy jest przymocowany do środkowej krawędzi szkiełka, jest zminimalizowanie zakłóceń między stolikiem próbki a manipulatorem stempla (odległość ≈ 1 cm).
    1. Umieść wstępnie złuszczony kryształ na stoliku próbki.
      UWAGA: Wszystkie próbki załadowane do uchwytu na próbki są przymocowane taśmą dwustronną.
    2. Przymocuj stempel taśmowy pod kątem nachylenia co najmniej 5° do płytki magnetycznej manipulatora stempla za pomocą magnesu. Nachylenie stempla uzyskuje się za pomocą szklanego zestawu suwaków jako podparcia z tyłu stempla (rysunek 2E).
      UWAGA: To pochylenie jest konsekwentnie stosowane we wszystkich procesach związanych ze stemplowaniem taśmy.
    3. Dopasuj stempel taśmy do poziomu nad wstępnie złuszczonym kryształem, regulując stolik na próbkę.
    4. Przymocuj stempel taśmowy do górnej powierzchni kryształu, regulując manipulator stempla w kierunku -Z (Rysunek 3C).
    5. Delikatnie złuszcz cienki obszar wolny od pozostałości, regulując manipulator stempla w kierunku +Z (Rysunek 3D).
      UWAGA: Podczas złuszczania obszaru wolnego od pozostałości, jednoczesne przesunięcie stolika próbki w kierunku +X powoduje bardziej stabilną wydajność przetwarzania poprzez zmniejszenie napięcia wywieranego na materiał złuszczający, co ułatwia osiągnięcie większego obszaru wolnego od pozostałości. Ponadto tylko obszary, które nie mają kontaktu z taśmą, są uważane za obszary wolne od pozostałości.
  4. Uzyskanie pojedynczych płatków bez pozostałości i stempla bez pozostałości (Wideo 2 i Wideo 3).
    UWAGA: Filmy 2 i Wideo 3 pokazują proces otrzymywania pojedynczych płatków h-BN i MoS2 bez pozostałości, odpowiednio.
    1. Umieść oczyszczone podłoże na stoliku na próbkę.
    2. Obszar wolny od pozostałości mocno przyklej do podłoża, regulując manipulator stempla w kierunku -Z (Rysunek 3E).
    3. Złuszcz pojedynczy płatek, regulując manipulator stempla w kierunku +Z (Rysunek 3F).
      UWAGA: Płatek jest złuszczany poprzez interakcje vdW z podłożem. Podobnie jak w przypadku procesu uzyskiwania obszaru wolnego od pozostałości opisanego w kroku 3.3.5, korzystne jest jednoczesne przesunięcie stolika próbki w kierunku +X, aby ułatwić rozwarstwienie płatka wolnego od pozostałości. Obszar wolny od pozostałości może być wykorzystany do wielokrotnego uzyskiwania pojedynczych płatków. Dodatkowo, pozostały obszar wolny od pozostałości służy jako stempel wolny od pozostałości używany do manipulacji płatkami.

4. Zasady manipulacji płatkami docelowymi: procesy pobierania i uwalniania

  1. Podnieś docelowy płatek za pomocą stempla bez pozostałości.
    1. Dopasuj stempel bez pozostałości do płatka docelowego, regulując manipulator stempla.
    2. Zetknąć się z częściowym obszarem płatka docelowego ze stemplem wolnym od pozostałości, przesuwając manipulator stempla w kierunku -Z (Rysunek 4A).
    3. Podnieś płatek docelowy ze stemplem bez pozostałości, ostrożnie regulując stempel w kierunku +Z Rysunek 4B).
      UWAGA: Energia adhezji vdW między materiałami 2D jest większa niż między SiO2 a materiałami 2D, co umożliwia proces pobierania.
  2. Uwolnij płatek docelowy na podłoże.
    1. Umieść oczyszczone podłoże na stoliku na próbkę.
    2. Wyrównaj pobrany płatek do pozycji docelowej, regulując manipulator stempla.
    3. Mocno zetknij cały obszar płatka docelowego z podłożem, regulując manipulator stempla w kierunku -Z (Rysunek 4C).
      UWAGA: Upewnij się, że zapewniony jest wystarczający kontakt z obszarem stempla wolnym od pozostałości, podczas gdy obszar taśmy pozostaje nietknięty, aby zapobiec tworzeniu się niepotrzebnych pozostałości.
    4. Ułóż płatek docelowy ze stempla wolnego od pozostałości, regulując manipulator stempla w kierunku +X Rysunek 4D).
      UWAGA: Proces zwalniania wykorzystuje ruch w kierunku -X w celu przyłożenia siły tnącej na granicy vdW między materiałami 2D, co skutkuje nadsmarownością. Dodatkowo, jednoczesne przesunięcie stolika na próbkę w kierunku -X ułatwia płynniejsze przeprowadzenie procesu uwalniania.

5. Wytwarzanie zespołów heterostrukturalnych vdW bez pozostałości

UWAGA: Wszystkie procesy pobierania i zwalniania są przeprowadzane zgodnie z opisem w rozdziale 4 przy użyciu stempla MoS2 bez pozostałości. Stosowane są syntetyczne kryształy MoS2 (wzrost strefy strumienia) i kryształy h-BN (wzrost komórek kowadełka pod wysokim ciśnieniem).

  1. Wykonaj krok 3, aby uzyskać wymagane pojedyncze płatki MoS2 i h-BN, a także stempel wolny od pozostałości.
    UWAGA: Wszystkie pojedyncze płatki są celowo umieszczone blisko podłoża w celu wizualizacji w filmie 4.
  2. Zmontuj heterostrukturę h-BN/MoS2/h-BN w procesie układania od dołu do góry, zwanym Hetero A (Wideo 4).
    1. Podnieś płatek MoS2 za pomocą stempla MoS2 bez pozostałości.
      UWAGA: Energia adhezji vdW między materiałami 2D jest większa niż między SiO2 a materiałami 2D, co pozwala na udane połączenie docelowego płatka i stempla wolnego od pozostałości z dowolnym parowaniem h-BN i MoS2.
    2. Zwolnij go na płatku h-BN, składając w ten sposób strukturę MoS2/h-BN.
      UWAGA: Jeśli część wierzchniej warstwy styka się z podłożem SiO2 podczas montażu, można uzyskać bardziej stabilne uwalnianie. I odwrotnie, jeśli wierzchnia warstwa nie może stykać się z podłożem, supersmarność może również wystąpić między górną a dolną warstwą. W tym kontekście konieczne jest zminimalizowanie obszaru nakładania się między stemplem wolnym od pozostałości a płatkiem docelowym podczas procesu pobierania, aby zapewnić skuteczne uwalnianie.
    3. Podnieś kolejny płatek h-BN i uwolnij go na strukturze MoS2/h-BN (rysunek 5).
  3. Złóż heterostrukturę h-BN/MoS2/h-BN w procesie układania od góry do dołu, zwanym Hetero B (Wideo 5).
    1. Pobrać płatki h-BN za pomocą stempla MoS2 bez pozostałości.
    2. Użyj pobranego płatka h-BN do pokrycia płatka MoS2 , a następnie podnieś płatek MoS2 z już pobranym płatkiem h-BN, tworząc strukturę h-BN/MoS2 .
    3. Zwolnij połączoną strukturę na innym płatku h-BN (Rysunek 6).
      UWAGA: Aby ułatwić późniejszy modułowy proces układania w stosy, jedna warstwa heterostruktury została celowo zaprojektowana tak, aby miała wystarczająco dużą powierzchnię dla procesu pobierania.
  4. Złóż Hetero A i Hetero B jako sześciowarstwową heterostrukturę za pomocą modułowego procesu układania w stos (Wideo 6).
    1. Podnieś cały Hetero B za pomocą stempla bez pozostałości.
    2. Zwolnij Hetero B na Hetero A.
      UWAGA: Połączenie dwóch heterostruktur prowadzi do demontażu w wyniku kontaktu ze sobą. Dlatego zaleca się wykonanie procesu zwalniania w jednej próbie. Dodatkowo, przesunięcie stolika próbki dalej w kierunku -X zwiększa wydajność modułowego procesu układania w stosy.

6. Technika wyciskania końcówki AFM

UWAGA: Ta technika jest opcjonalnym procesem zaprojektowanym w celu usprawnienia montażu i służy jako metoda obróbki końcowej do usuwania pęcherzy lub zanieczyszczeń powstałych na heterointerfejsie.

  1. Wyposaż silikonową końcówkę w wysoką stałą sprężystości.
    UWAGA: Końcówka bezdotykowa doskonale nadaje się do procesu wyciskania.
  2. Załaduj próbkę na stolik AFM.
  3. Ustaw odpowiednią przyłożoną siłę przy częstotliwości skanowania 1 Hz i wzmocnieniu serwomechanizmu Z równym 1. Zaleca się stopniowe zwiększanie siły, zaczynając od niskiej wartości (na przykład od 5 nN do 2000 nN).
  4. Stopniowo zwiększaj przyłożoną siłę od 30 nN do 1000 nN podczas procesu ściskania. Dostosuj zakres skanowania tak, aby obejmował cały heterointerfejs, rozciągając się do krawędzi każdego płatka, aby zapewnić całkowite usunięcie pęcherzy.
    UWAGA: Optymalna siła w procesie ściskania różni się w zależności od grubości próbki i stanu interfejsu.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Opisany tutaj protokół umożliwia wytwarzanie pojedynczych płatków wolnych od pozostałości oraz złożonych struktur heterogenicznych, wykorzystując wyłącznie oddziaływania vdW. W poprzednim badaniu przeprowadzono kompleksową charakterystykę morfologii powierzchni, składu chemicznego i właściwości elektrycznych płatków MoS2 wolnych od pozostałości22. Jak pokazano na Rysunku 7, do zbadania struktury powierzchni na poziomie atomo...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Wykorzystanie oddziaływań vdW i sterowanie kierunkiem przyłożonych sił na granicy faz vdW umożliwia montaż struktur od pojedynczych płatków bez pozostałości po heterostruktury. W przeciwieństwie do innych podejść, metoda ta eliminuje potrzebę stosowania złożonej infrastruktury, rygorystycznych procesów produkcyjnych i zmiennych eksperymentalnych, takich jak narażenie na polimery, rozpuszczalniki lub wahania temperatury23,24. Oprócz wytwarzania pojedynczych płatkó...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Badania te były wspierane przez grant National Research Foundation (NRF) of Korea finansowany przez rząd Korei (Ministerstwo Nauki i ICT) (RS-2022-NR070247 i RS-2023-00218908) oraz grant GIST-MIT Research Collaboration finansowany przez GIST.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Mikroskop sił atomowychSystemy parkoweXE-100
Konfokalny mikroskop ramanowskiHoriba powiedział:LabRAM HR Evolution
Tryb kontaktowy Wskazówka AFM NanoczujnikiPPP-CONTSCRDo pomiaru w trybie kontaktowym, Stała sprężystości: 0,2 N/m 
Aparat cyfrowySONYE3ISPM06300KPB
Dwustronna taśma kaptonowaDaehyun STZobacz materiał ST-930HDo mocowania taśmy jednostronnej do szkiełka
Kryształ h-BNPółprzewodniki 2DBLK-hBNWzrost komórek kowadełka pod wysokim ciśnieniem
Kryształ MoS2Półprzewodniki 2DBLK-MoS2-SYNKryształ syntetyczny, wzrost strefy strumienia
Tryb bezdotykowy Końcówka AFM NanoczujnikiPPP-NCHRDo ściskania nano, wysoka stała sprężystości: 42 N/m
Mikroskop optycznyOLYMPUSZobacz materiał BX51
System plazmowy Nauka o femtoŁADNY-1MP/RDo obróbki plazmą tlenową
Taśma jednostronnaNitto DenkoRevalpha RA-98LS(N)Taśma o wysokiej sztywności
UltradźwiękowaBranson5510E-DTH

Bibliografia

  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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Monta heterostrukturazotek boru w strukturze heksagonalnejdwusiarczek molibdenumikroskopia si atomowychspektroskopia Ramanowskatransmisyjna mikroskopia elektronowastosowanie od do u
Wytwarzanie heterostruktur van der Waalsa w materiałach dwuwymiarowych bez pozostałości
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.