二維材料是指具有原子級厚度（通常僅單層或幾層原子）且在兩個維度（平面方向）上延展，第三個維度（厚度方向）被限制在納米尺度的新型材料。這類材料因其獨特的量子限域效應(yīng)展現(xiàn)出與三維塊體材料截然不同的物理化學(xué)性質(zhì)，是近年來材料科學(xué)、凝聚態(tài)物理和納米技術(shù)領(lǐng)域的前沿研究方向。

圖1  各種二維材料及結(jié)構(gòu)

二維材料電學(xué)性能研究是揭示其量子行為、開發(fā)新器件的核心環(huán)節(jié)，需結(jié)合材料科學(xué)、微納加工與電學(xué)測試技術(shù)。其主要研究流程及關(guān)鍵技術(shù)要點如下：

一、材料制備與篩選

制備方法機械剝離法：膠帶剝離獲得微米級單晶薄片（實驗室常用）

化學(xué)氣相沉積（CVD）：生長晶圓級薄膜

液相剝離法：規(guī)模化制備分散液（石墨烯、MXene）

外延生長法：硅基石墨烯等

材料篩選光學(xué)顯微鏡：識別單層/少層區(qū)域（厚度依賴顏色和對比度）

拉曼光譜：如石墨烯> G峰（1580cm-1）、2D峰（2700cm-1）

原子力顯微鏡（AFM）：精確測量厚度

二、樣品轉(zhuǎn)移和基底處理

干法轉(zhuǎn)移

PDMS/PMMA薄膜拾取→對準目標基底→加熱釋放（避免褶皺、裂紋、污染）

基底選擇

主要包含SiO2/Si、h-BN、柔性襯底等

三、微納加工制備器件

光刻圖形化

紫外/電子束光刻定義電極圖案

電極沉積

電子書蒸發(fā)/熱蒸發(fā)：Au（80nm）/Ti（5nm）電極

剝離工藝：丙酮浸泡去膠，保留電極結(jié)構(gòu)

溝道刻蝕（必要時）

反應(yīng)離子刻蝕（RIE）

四、電學(xué)性能測試

探針臺→半導(dǎo)體參數(shù)分析儀→低溫恒溫器→磁場系統(tǒng)

澤攸科技有限公司研發(fā)的DMD無掩模光刻機（ZML10A）可幫助用戶靈活、快速的實現(xiàn)二維材料上微納器件制作，極大提高科研效率。

圖2 機械剝離的二維材料樣品利用無掩模光刻機光刻電極并鍍膜剝離的結(jié)果

圖3 澤攸科技DMD無掩膜光刻機