Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

İki Boyutlu Malzemelerin Van der Waals Heteroyapılarının Kalıntısız İmalatı

1.6K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/68540

⸱

18 Temmuz 2025

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

* These authors contributed equally

Bu makalede

Özet

Bu çalışma, iki boyutlu malzemelerin tek pullarını üretmek ve bunları yalnızca van der Waals etkileşimlerini kullanarak karmaşık heteroyapılara monte etmek için kalıntı içermeyen bir üretim metodolojisi sunmaktadır. Teknik, harici maddelere ve özel deneysel koşullara olan ihtiyacı ortadan kaldırarak, aşağıdan yukarıya, yukarıdan aşağıya ve modüler istifleme işlemleri yoluyla karmaşık heteroyapı montajlarını mümkün kılar.

Özet

Bu çalışmada, daha sonra karmaşık heteroyapılar halinde bir araya getirilen iki boyutlu (2D) malzemelerin kalıntı içermeyen tek pullarını üretmek için van der Waals (vdW) etkileşimlerini kullanan benzersiz bir metodoloji sunulmaktadır. Yaklaşım, pulların özelliklerini ve performanslarını etkileyebilecek herhangi bir kalıntıdan arınmış olmasını sağlamaya odaklanır. Atomik kuvvet mikroskobu ve Raman spektroskopisinden elde edilen kanıtlar, aktarılan altıgen bor nitrür (h-BN) ve molibden disülfür (MoS2) pullarının, elektronik ve optoelektronikteki çeşitli uygulamalar için çok önemli olan mükemmel düzlük ve gerinimsiz özellikler sergilediğini doğrulamaktadır. Ayrıca, bir hedef pulun alma ve bırakma işlemleri, ister normal ister kesme olsun, arayüzde uygulanan kuvvetin türü tarafından kontrol edilen kalıntı içermeyen bir damga kullanılarak gösterilir. Kalıntı bırakmayan damganın hareketini dikkatli bir şekilde yönlendirerek, h-BN / MoS2 / h-BN heteroyapılarının başarılı bir şekilde montajı, hem aşağıdan yukarıya hem de yukarıdan aşağıya istifleme işlemleri yoluyla elde edilir. Ayrıca, önceden monte edilmiş heteroyapılar, önerilen metodolojinin çok yönlülüğünü sergileyen daha karmaşık bir heteroyapı oluşturmak için modüler olarak istiflendi. Bu çalışma, yalnızca 2D malzemelerin kalıntı bırakmayan tek pullarının elde edilmesini sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda vdW heteroyapılarında gelişmiş üretim tekniklerinin önünü açıyor.

Giriş

İki boyutlu (2D) malzemelerin hızlı gelişimi, çok sayıda araştırma alanını önemli ölçüde dönüştürerek gelişmiş cihazlar için benzeri görülmemiş fırsatlar yarattı. Olağanüstü elektriksel iletkenlik, mekanik mukavemet ve termal kararlılık dahil olmak üzere bu malzemelerin dikkat çekici özellikleri, onları elektronik ve optoelektronik cihazlar, termal yönetim çözümleri, enerji depolama sistemleri ve sensörlerdeki uygulamalar için ideal adaylar haline getirir 1,2,3,4,5,6,7,8 . Ek olarak, van der Waals (vdW) heteroyapıları oluşturma yeteneği, bant yapılarının ve katmanlar arası etkileşimlerin hassas mühendisliğine izin vererek işlevselliklerini geliştirir 9,10,11,12,13. Bu yetenek, belirli uygulamalara göre uyarlanmış yeni veya geliştirilmiş malzeme özelliklerine yol açabilir.

Bununla birlikte, 2D malzemelerin taşınması ve manipüle edilmesi, özellikle işleme sırasında olağanüstü kalitelerinin korunmasında önemli zorluklar ortaya çıkarmaktadır. Geleneksel üretim tekniklerinden kaynaklanan kalıntı kontaminasyonu, malzemelerin bütünlüğünü önemli ölçüde bozabilir, cihazlardaki performanslarını ve güvenilirliklerini olumsuz yönde etkileyebilir14,15. 2D malzemelerin imalatında polimerlerin kullanılması genellikle istenmeyen kalıntılar bırakır16,17. Bu sorunu ele almak için, birkaç araştırmacı, yüksek saflıkta 2D malzemelerin üretimini geliştirmek için gelişmiş üretim tekniklerini ve temiz transfer süreçlerini araştırdı. Wang ve ark. grafen/bor nitrür heteroyapılarında temiz arayüzler elde etmek için vdW yapışmasından yararlanan yenilikçi bir montaj tekniği tanıttı18. Bu konsepte dayanarak, Wen ve ark. yakın zamanda h-BN'yi bir ara katman olarak kullanan bir vdW destekli kuru transfer tekniği kullandı ve bu, vdW katmanını19 yanal olarak soyarak tek pulların temiz bir şekilde ayrılmasına izin verdi. Kayda değer bir önceki teknikte, Pizzocchero ve ark. heteroyapıların toplu montajı için "sıcak toplama" tekniğini geliştirdi ve yüksek sıcaklıklarda istiflenerek kabarcıksız arayüzlerin hızlı ve yüksek verimli üretimini gösterdi20. Ek olarak, Wang ve ark. ultra yüksek vakum ve yüksek sıcaklıklarda temiz montaja izin veren esnek silikon nitrür membranlar kullanarak polimer içermeyen bir yaklaşım önerdi21. Önceki çalışmalar mükemmel yöntemler geliştirmiş olsa da, kalıntı bırakmayan tek pullar elde etme ve kolay bir işleme yöntemi uygulama yeteneği esastır. Bu nedenle, pratik uygulamalarda 2D malzemelerin potansiyelini en üst düzeye çıkarmak için kalıntı bırakmayan işleme için etkili yöntemler geliştirmek çok önemlidir.

Lee ve arkadaşları tarafından yapılan önceki çalışmada, polimer destek katmanları22 kullanmadan tek pullar elde etmek ve heteroyapıları birleştirmek için 2D malzemeler arasındaki doğal vdW etkileşimlerinden yararlanan yeni bir imalat yöntemi geliştirilmiştir. Atomik kuvvet mikroskobu (AFM), yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobu (HR-TEM), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve elektriksel ölçümler dahil olmak üzere kapsamlı karakterizasyon, hem transfer edilen pulların hem de elde edilen heteroyapıların kalıntısız doğasını doğruladı. Bu kalıntı içermeyen transfer platformu üzerine inşa edilen mevcut çalışma, deneysel kurulumdan karmaşık heteroyapıların genişletilmiş montaj tekniğine kadar tüm süreci kapsayan ayrıntılı ve protokol odaklı bir kılavuz sunmaktadır. Spesifik olarak, bir kuru transfer sisteminin kurulumu, damga hazırlama stratejileri ve temiz ve ince h-BN ve MoS2 pulları elde etmek için optimize edilmiş prosedürler detaylandırılmıştır. Bu malzemeler, güçlü vdW yapışmaları ve avantajlı elektronik özellikleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır 13,23,24,25. Ek olarak, yukarıdan aşağıya, aşağıdan yukarıya ve modüler istifleme işlemleri gibi çeşitli heteroyapı montaj tekniklerinin yanı sıra sıralı toplama ve kalıntısız serbest bırakma için sistematik teknikler açıklanmaktadır.

Makale şu şekilde düzenlenmiştir: adım 1 ve adım 2, kuru transfer sisteminin tasarımını ve bir ön pul pul dökülme damgası ve bir bant damgası içeren iki tür damganın imalatını detaylandırır. Adım 3, bu damgaları kullanarak kalıntı bırakmayan pullar üretme sürecini özetlemektedir. Adım 4 ve adım 5, karmaşık heteroyapıların inşasını mümkün kılan kalıntı içermeyen damga yoluyla dikey istifleme prosedürlerini açıklar. Son olarak, 6. adım, arayüzey kabarcıklarını seçici olarak çıkarmak ve böylece montajdan sonra arayüzey kalitesini artırmak için bir AFM ucu sıkma tekniği sunar. Genel olarak, bu protokoller temiz ve yüksek kaliteli 2D heteroyapılar üretmek için çok yönlü ve tekrarlanabilir bir metodoloji sağlamayı amaçlamaktadır.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Bu çalışmada kullanılan sarf malzeme ve ekipmanların detayları Malzeme Tablosunda listelenmiştir.

1. Kalıntı içermeyen imalat için enstrümantasyon

NOT: 2D malzemelerin kalıntı bırakmadan üretimi, özelleştirilmiş bir kuru transfer kurulumu kullanılarak ortam koşulları altında gerçekleştirilir. Kurulum üç ana bileşenden oluşur: özelleştirilmiş bir optik mikroskop, bir XY ekseni numune aşaması ve bir XYZ ekseni damga manipülatörü (Şekil 1A). Bu bileşenler, çalışma sırasında dış rahatsızlığı en aza indirmek için titreşim önleyici bir masaya monte edilmiştir. Kurulum manuel olarak kontrol edilir.

  1. Optik mikroskop: Uygun büyütme ve yeterli işlem alanı elde etmek için özelleştirilmiş ticari optik mikroskobu uzun çalışma mesafeli objektif lensler (5×, 10×, 20×, 50× ve 100×) ve bir dijital kamera ile donatın. Kamerayı bilgisayara bağlayın ve veri toplama yazılımıyla uyumluluğu onaylayın.
  2. XY ekseni numune aşaması: Numune aşamasının hem X hem de Y yönlerinde hassas bir şekilde ayarlanmasını kolaylaştırmak için iki doğrusal öteleme aşamasını birleştirin. Ek olarak, s'yi düzgün bir şekilde yerleştirmek için düz bir numune tutucu takın.amptage'nin üzerine (Şekil 1B).
  3. XYZ ekseni damga manipülatörü: Hassas ayarlamalara sahip bir XYZ ekseni manipülatörü oluşturmak için dik açılı bir montaj plakası ile üç doğrusal öteleme aşamasını birleştirin. Ardından, bir damgayı bir mıknatısla güvenli bir şekilde sabitlemek için ek bir dik açılı montaj plakası ve bir manyetik plaka kullanın (Şekil 1C).
    NOT: Manipülatör, damga için yeterli erişim sağlamak için numune aşamasına yeterince yakın kurulmalıdır. Ek olarak, çeviri aşaması Z ekseni yönünde 2 cm'den fazla hareket edebilir.

2. Pul hazırlama

NOT: Damgaları oluşturmak için kullanılan bant parçasının boyutu, işlemi önemli ölçüde etkilemez. Ek olarak, güvenli bir yapışma sağlamak için damgayı kullanmadan hemen önce kaplama filminin çıkarılması önerilir.

  1. Çift taraflı bir bant damgası hazırlayın (pul pul dökülme öncesi damga).
    1. Bir parça çift taraflı Kapton bandını 4 mm × 5 mm boyutunda dikdörtgen şeklinde kesin (Şekil 2A).
    2. Çift taraflı bant parçasını bir cam sürgünün orta kenarına yapıştırın ve ardından kaplama filmini çıkarın (Şekil 2B).
  2. Tek taraflı bir bant damgası (bant damgası) hazırlayın.
    1. Tek taraflı banttan bir parçayı, her iki tarafı 5-6 mm uzunluğunda eşkenar dörtgen şeklinde kesin (Şekil 2C).
    2. Adım 2.1'de açıklanan çift taraflı bant damgası ile aynı olmasını sağlayın.
    3. Tek taraflı bant parçasını, yapışkan tarafı yukarı bakacak şekilde, dar tepe noktasının cam sürgünün kenarından 1 mm öteye uzandığından emin olarak çift taraflı bant üzerine yapıştırın (Şekil 2D).
      NOT: Tek taraflı bant cam sürgünün kenarının dışına taştığından, damgayı kullanırken bükülmeyi en aza indirmek için yüksek sertliğe sahip bir bant seçilmiştir.
    4. Tek taraflı bandın yapışkan yüzeyini ortaya çıkarmak için kaplama filmini çıkarın.

3. Kalıntı içermeyen bölge ve tek pul imalatı

  1. Ön pul pul dökülme işlemini toplu bir kristal üzerinde gerçekleştirin.
    1. Pamuklu çubuk ve tıraş bıçağı kullanarak bir parça dökme kristal hazırlayın.
    2. Kristali, pul pul dökülme öncesi damganın yapışkan yüzeyine yapıştırın (Şekil 3A). Ardından, bir sandviç konfigürasyonu oluşturmak için kristalin üzerine başka bir ön pul pul dökülme damgası yerleştirin.
      NOT: Ön pul pul dökülme damgalarını kullanırken, dökme kristalin tüm yüzeyinin damgaya düzgün bir şekilde yapışmasını sağlamak çok önemlidir, bu da pul pul dökülme işleminden sonra geniş ve düz bir yüzey elde etmek için çok önemlidir.
    3. Nazikçe pul pul dökün ve temiz ve homojen bir mikron altı kalınlıkta kristal elde edilene kadar bu işlemi 3 ila 5 kez tekrarlayın (Şekil 3B).
      NOT: Pul pul dökülme işleminde gerekli olan yineleme sayısı, yeterince homojen ve ince bir önceden pul pul dökülmüş kristal elde edilene kadar tekrarlanmalıdır. Bu işlem, daha sonra elde edilecek kalıntısız bölgenin kalınlığını ve kalitesini belirler.
  2. Temiz bir silikon dioksit/silikon (SiO2/Si) alt tabaka hazırlayın.
    NOT: Harici kalıntı potansiyelini en aza indirmek için, temizlenmiş alt tabakanın durumu kullanımdan önce 100x optik mikroskop kullanılarak incelenmiştir. İnce 2D malzemelerin görsel olarak tanımlanması için 300 nm kalınlığında bir SiO2 önerilir.
    1. Termal olarak büyütülmüş 300 nm kalınlığındaki SiO2/Si gofretini bir gofret kesici kullanarak 1 cm × 1 cm'lik parçalar halinde kesin.
    2. Alt tabakaları yüksek saflıkta elektronik dereceli asetona daldırın ve ultrasonik bir temizleyici kullanarak 2 dakika boyunca sonikat yapın.
      NOT: Aseton sonikasyon temizliği bir davlumbaz içinde gerçekleştirilir.
    3. Alt tabakaları ultra saf deiyonize su ile durulayın.
    4. Alt tabakaları bir nitrojen üfleme kullanarak kurutun, ardından solvent izleme kalıntısını önlemek için en az 5 dakika boyunca 100 °C'nin üzerine ayarlanmış bir sıcak plakaya yerleştirin.
    5. 100 sccm'lik bir oksijen gazı akış hızı, 1 × 10-2 Torr taban basıncı ve 100 W'lık bir güç ile oksijen plazma işlemi gerçekleştirin. Gaz akışını 60 saniye stabilize edin, plazmayı 10 saniye uygulayın, ardından 20 saniye boşaltın ve 20 saniye daha havalandırın.
  3. Kalıntı içermeyen bölgeyi edinin (Video 1).
    NOT: Video 1, önceden pul pul dökülmüş h-BN'den kalıntı içermeyen bir bölgenin elde edilmesini göstermektedir. Şekil 2E , sürecin anlaşılmasına yardımcı olmak için cihazın örnek görüntüsünü sunmaktadır. Bant parçasının cam sürgünün orta kenarına takılmasının nedeni, numune aşaması ile damga manipülatörü arasındaki paraziti en aza indirmektir (mesafe 1 cm≈).
    1. Önceden pul pul dökülmüş kristali numune tablasına yerleştirin.
      NOT: Numune tutucuya yüklenen tüm numuneler çift taraflı bir bantla yapıştırılmıştır.
    2. Bant damgasını, bir mıknatıs kullanarak damga manipülatörünün manyetik plakasına en az 5° eğim açısıyla sabitleyin. Damganın eğimi, damganın arka tarafında destek olarak cam sürgü yığını kullanılarak elde edilir (Şekil 2E).
      NOT: Bu eğim, bant damgasını içeren tüm işlemlerde tutarlı bir şekilde kullanılır.
    3. Numune aşamasını ayarlayarak bant damgasını önceden pul pul dökülmüş kristalin üzerine hizalayın.
    4. Damga manipülatörünü -Z yönünde ayarlayarak bant damgasını kristalin üst yüzeyine yapıştırın (Şekil 3C).
    5. Damga manipülatörünü +Z yönünde ayarlayarak ince kalıntı bırakmayan bölgeyi nazikçe pul pul dökün (Şekil 3D).
      NOT: Kalıntı bırakmayan bölgeyi pul pul dökerken, numune aşamasını aynı anda +X yönünde hareket ettirmek, pul pul dökülme malzemesine uygulanan gerilimi azaltarak daha kararlı işleme performansı sağlar ve bu da daha büyük bir kalıntısız bölge elde edilmesini kolaylaştırır. Ek olarak, yalnızca bantla temas etmeyen alanlar kalıntı içermeyen bölgeler olarak kabul edilir.
  4. Kalıntı içermeyen tek pullar ve kalıntı içermeyen bir damga elde edin (Video 2 ve Video 3).
    NOT: Video 2 ve Video 3 , sırasıyla h-BN ve MoS2'nin kalıntı içermeyen tekli pullarını elde etme sürecini göstermektedir.
    1. Temizlenmiş bir alt tabakayı numune tablasına yerleştirin.
    2. Damga manipülatörünü -Z yönünde ayarlayarak kalıntı içermeyen bölgeyi alt tabakaya sıkıca yapıştırın (Şekil 3E).
    3. Damga manipülatörünü +Z yönünde ayarlayarak tek pul dökün (Şekil 3F).
      NOT: Pul, substrat ile vdW etkileşimleri yoluyla pul pul dökülür. Adım 3.3.5'te açıklanan kalıntısız bölgeyi elde etme işlemine benzer şekilde, kalıntısız pulun delaminasyonunu kolaylaştırmak için numune aşamasını aynı anda +X yönünde hareket ettirmek faydalıdır. Tekrar tekrar tek pullar elde etmek için kalıntı içermeyen bir bölge kullanılabilir. Ek olarak, kalan kalıntı içermeyen bölge, pulların manipülasyonu için kullanılan kalıntısız damga görevi görür.

4. Hedef pul manipülasyonunun ilkeleri: toplama ve bırakma işlemleri

  1. Kalıntı içermeyen damgayı kullanarak hedef pulu alın.
    1. Damga manipülatörünü ayarlayarak kalıntı içermeyen damgayı hedef pul ile hizalayın.
    2. Damga manipülatörünü -Z yönünde hareket ettirerek hedef pulun kısmi bir alanını kalıntısız damga ile temas ettirin (Şekil 4A).
    3. Stamp'ı +Z yönünde dikkatlice ayarlayarak hedef pulu kalıntı bırakmayan damga ile kaldırın Şekil 4B).
      NOT: 2D malzemeler arasındaki vdW yapışma enerjisi, SiO2 ve 2D malzemeler arasındakinden daha büyüktür ve bu da toplama işlemini mümkün kılar.
  2. Hedef pulu bir alt tabaka üzerine bırakın.
    1. Numune tablasına temizlenmiş bir alt tabaka yerleştirin.
    2. Damga manipülatörünü ayarlayarak alınan pulu hedef konuma hizalayın.
    3. Damga manipülatörünü -Z yönünde ayarlayarak hedef pulun tüm alanını alt tabaka ile sıkıca temas ettirin (Şekil 4C).
      NOT: Gereksiz kalıntı oluşumunu önlemek için bant alanına dokunulmazken damganın kalıntı içermeyen bölgesi ile yeterli temas yapıldığından emin olun.
    4. Damga manipülatörünü +X yönünde ayarlayarak hedef pulu kalıntısız damgadan yerleştirin Şekil 4D).
      NOT: Serbest bırakma işlemi, 2D malzemeler arasındaki vdW arayüzünde kesme kuvveti uygulamak için -X yönünde hareket kullanır ve bu da süper kayganlığa neden olur. Ek olarak, numune aşamasını aynı anda -X yönünde hareket ettirmek, serbest bırakma işleminin daha sorunsuz bir şekilde yürütülmesini kolaylaştırır.

5. Kalıntı içermeyen vdW heteroyapı montajlarının imalatı

NOT: Tüm alma ve bırakma işlemleri, MoS 4 kalıntı içermeyen damga kullanılarak Bölüm2'te açıklandığı gibi gerçekleştirilir. Sentetik MoS2 kristalleri (akı bölgesi büyümesi) ve h-BN kristalleri (yüksek basınçlı örs hücresi büyümesi) kullanılır.

  1. Gerekli tek MoS2 ve h-BN pullarının yanı sıra kalıntı içermeyen damgayı elde etmek için 3. adımı gerçekleştirin.
    NOT: Tüm tekil pullar, Video 4'te görselleştirme için kasıtlı olarak alt tabakaya yakın bir şekilde yerleştirilmiştir.
  2. h-BN/MoS2/h-BN heteroyapısını, Hetero A olarak adlandırılan aşağıdan yukarıya istifleme işlemiyle birleştirin (Video 4).
    1. MoS2 pulunu MoS2 kalıntı içermeyen damga ile alın.
      NOT: 2D malzemeler arasındaki vdW yapışma enerjisi, SiO2 ve 2D malzemeler arasındakinden daha büyüktür, bu da hedef pul ve kalıntısız damganın herhangi bir h-BN ve MoS2 eşleşmesi ile başarılı bir şekilde birleştirilmesine izin verir.
    2. h-BN pulunun üzerine bırakın, böylece MoS2/h-BN yapısını birleştirin.
      NOT: Montaj sırasında üst katmanın bir kısmı SiO2 alt tabakası ile temas halindeyse, daha kararlı bir serbest bırakma elde edilebilir. Tersine, üst katman alt tabaka ile temas edemezse, üst ve alt katmanlar arasında da süper kayganlık meydana gelebilir. Bu bağlamda, etkili bir şekilde serbest bırakmayı sağlamak için toplama işlemi sırasında kalıntı içermeyen damga ile hedef pul arasındaki örtüşme alanını en aza indirmek önemlidir.
    3. Başka bir h-BN pulu alın ve MoS2/h-BN yapısı üzerinde bırakın (Şekil 5).
  3. h-BN/MoS2/h-BN heteroyapısını, Hetero B olarak adlandırılan yukarıdan aşağıya istifleme işlemiyle birleştirin (Video 5).
    1. MoS2 kalıntı içermeyen damgayı kullanarak h-BN pulunu alın.
    2. MoS2 pulunu kaplamak için alınan h-BN pulunu kullanın ve ardından MoS2 pulunu, önceden alınmış h-BN pulu ile alarak bir h-BN/MoS2 yapısı oluşturun.
    3. Birleştirilmiş yapıyı başka bir h-BN pulu üzerine bırakın (Şekil 6).
      NOT: Sonraki modüler istifleme işlemini kolaylaştırmak için, heteroyapının bir katmanı, toplama işlemi için yeterince geniş bir alana sahip olacak şekilde kasıtlı olarak tasarlanmıştır.
  4. Hetero A ve Hetero B'yi modüler bir istifleme işlemiyle altı katmanlı bir heteroyapı olarak birleştirin (Video 6).
    1. Kalıntı içermeyen damgayı kullanarak tüm Hetero B'yi alın.
    2. Hetero B'yi Hetero A'nın üzerine bırakın.
      NOT: İki heteroyapının birleştirilmesi, birbiriyle temas nedeniyle sökmeye yol açar. Bu nedenle, serbest bırakma işleminin tek bir denemede gerçekleştirilmesi önerilir. Ek olarak, numune aşamasını -X yönünde daha fazla hareket ettirmek, modüler istifleme işleminin performansını artırır.

6. AFM uçlu sıkma tekniği

NOT: Bu teknik, montajı geliştirmek için tasarlanmış isteğe bağlı bir işlemdir ve heteroarayüzde oluşan kabarcıkları veya kontaminasyonu gidermek için bir işlem sonrası yöntem olarak hizmet eder.

  1. Bir silikon ucu yüksek yay sabiti ile donatın.
    NOT: Temassız uç, sıkma işlemi için çok uygundur.
  2. Numuneyi AFM aşamasına yükleyin.
  3. 1 Hz'lik bir tarama hızında ve 1'lik bir Z servo kazancında uygun bir uygulanan kuvvet ayarlayın. Düşük bir değerden başlayarak (örneğin, 5 nN ile 2000 nN arasında) kuvvetin kademeli olarak artırılması önerilir.
  4. Sıkma işlemi sırasında uygulanan kuvveti kademeli olarak 30 nN'den 1000 nN'ye yükseltin. Kabarcıkların tamamen çıkarılmasını sağlamak için tarama aralığını, her bir pulun kenarlarına kadar uzanan tüm heteroarayüzü kaplayacak şekilde ayarlayın.
    NOT: Sıkma işlemi için en uygun kuvvet, numune kalınlığına ve arayüz durumuna bağlı olarak değişir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Burada açıklanan protokol, yalnızca vdW etkileşimlerini kullanarak kalıntı içermeyen tek pullar ve karmaşık heteroyapı düzenekleri üretir. Önceki çalışmada, kalıntı içermeyen MoS2 pullarının yüzey morfolojisi, kimyasal bileşimi ve elektriksel özelliklerinin kapsamlı karakterizasyonları yapılmıştır22. Şekil 7'de gösterildiği gibi, yüzey yapısını atomik düzeyde incelemek için HR-TEM kullanıldı. HR-TEM görüntüsü ve seçilen alan...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

vdW etkileşimlerinden yararlanmak ve vdW arayüzünde uygulanan kuvvetlerin yönünü kontrol etmek, kalıntı içermeyen tek pullardan heteroyapılara kadar çeşitli yapıların birleştirilmesini sağlar. Diğer yaklaşımların aksine, bu yöntem karmaşık altyapıya, sıkı üretim süreçlerine ve polimerlere, çözücülere veya sıcaklık değişimlerine maruz kalma gibi deneysel değişkenlere olan ihtiyacı ortadan kaldırır23,24. Kalıntı bırakmayan tek pull...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarların ifşa edecek hiçbir şeyi yok.

Teşekkürler

Bu araştırma, Kore hükümeti (Bilim ve BİT Bakanlığı) tarafından finanse edilen Kore Ulusal Araştırma Vakfı (NRF) hibesi (RS-2022-NR070247 ve RS-2023-00218908) ve GIST tarafından finanse edilen GIST-MIT Araştırma İşbirliği hibesi tarafından desteklenmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Atomik kuvvet mikroskobuPark SistemleriXE-100 Serisi
Konfokal Raman mikroskobuHoribaLabRAM İK Evrimi
Temas modu AFM uç NanosensörlerPPP-DEVAMITemas modu ölçümü için, Yay sabiti: 0.2 N/m 
Dijital kameraSONYE3ISPM06300KPB
Çift taraflı Kapton bantDaehyun STST-930H SerisiTek taraflı bandı cam slayta yapıştırmak için
h-BN kristali2D Yarı İletkenlerBLK-hBNYüksek basınçlı örs hücre büyümesi
MoS2 kristali2D Yarı İletkenlerBLK-MoS2-SYNSentetik Kristal, akı bölgesi büyümesi
Temassız mod AFM uç NanosensörlerPPP-NCHRNano sıkma için, Yüksek yay sabiti: 42 N/m
Optik mikroskopOLYMPUSBX51 Serisi
Plazma sistemi Femto BilimiSEVIMLI-1MP/ROksijen plazma tedavisi için
Tek taraflı bantNitto DenkoRevalpha RA-98LS(N)Yüksek sertlikte bant
Ultrasonik temizleyiciBranson5510E-DTH

Kaynaklar

  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).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Heteroyapı MontajıHeksagonal Bor NitrürMolibden DisülfürAtomik Kuvvet MikroskobuRaman SpektroskopisiGeçirimli Elektron MikroskobuAşağıdan Yukarıya İstifleme
İki Boyutlu Malzemelerin Van der Waals Heteroyapılarının Kalıntısız İmalatı
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.