Science：镍膜使隔离2D材料又快又简单

图为新技术对2D材料的原子尺度操纵，其中厚的晶圆级2D材料被分成单层

自从2004年发现石墨烯这种单原子厚碳材料以来，人们对其他类型的二维（2D）材料产生了浓厚的兴趣。这些2D材料可以像乐高积木一样堆叠在一起，形成一系列具有不同功能的设备，例如半导体。通过这种方式，2D材料可用于制造超薄、柔性、透明和可穿戴的电子设备。

然而，事实证明，将块状晶体材料分离成2D薄片以用于电子器件的做法，在商业规模上很难实现。现有的方法是用胶带把单个薄片从大块晶体上剥离出来，这种方法既不可靠又耗时，需要花很长时间才能收集到足够的材料来形成一个装置。

如今，麻省理工学院（MIT）的研究人员已经开发出一种技术，可以在几分钟内收集直径为2英寸的二维晶圆。然后可以在一小时内将这些晶片堆叠在一起以形成电子器件。

这项技术发表在《科学》杂志(Science)上的一篇论文中。据领导这项研究的麻省理工学院机械工程系副教授Jeehwan Kim介绍，这项技术可能会让基于各种2D材料的电子设备商业化。论文的共同第一作者是Sanghoon Bae，他参与了柔性器件的制造，以及Jaewoo Shim，他参与了2D材料单层膜的堆叠。两人都是Kim团队的博士后。

该论文的共同作者还包括Kim集团内的其他学生和博士后，以及佐治亚理工学院、德克萨斯大学、弗吉尼亚大学和韩国延世大学的合作者。

Kim说：“我们已经证明，我们可以在晶圆级上进行单层单层隔离二维材料，其次，我们已经展示了一种轻松堆叠这些晶圆级单层2D材料的方法。”

研究人员首先在蓝宝石晶圆上生长了一叠厚厚的2D材料。然后，他们在堆叠顶部涂上600nm厚的镍膜。由于二维材料对镍的附着力比蓝宝石强得多，因此将这种薄膜取下后，研究人员就可以将整个层从晶圆片中分离出来。

更重要的是，镍与单层2D材料之间的附着力也大于每一层之间的附着力。因此，当第二层镍薄膜被添加到堆叠的底部时，研究人员就能够剥离单原子厚的单层2D材料。

这是因为剥离第一镍膜会在材料中产生裂缝，而该裂缝直接传播到叠层的底部。一旦由镍膜收集的第一单层转移到基底上，就可以对每一层重复该过程。

“我们使用非常简单的机制，通过使用这种受控的裂纹扩展概念，我们能够在晶圆尺度上隔离出单层2D材料。”Kim补充说。这种通用技术适用于各种不同的二维材料，包括六方氮化硼、二硫化钨和二硫化钼。

通过这种方式，该技术可以产生不同类型的单层2D材料，例如半导体、金属和绝缘体，然后可以将它们堆叠在一起以形成电子器件所需的2D异质结构。

“如果你使用2D材料制造电子和光子器件，那么这些器件将只有几个单层厚度。它们将非常灵活，可以贴在任何东西上。” Kim补充说，这个过程快速且成本低，适合商业运营。研究人员已经使用这种技术在晶圆尺度上制造了场效应晶体管阵列，厚度只有几个原子。

没有参与这项研究的哈佛大学物理学教授Philip Kim表示：“这项工作有很大的潜力将2D材料及其异质结构用于实际应用。”

研究人员目前正计划将该技术应用于开发一系列电子设备，包括非易失性存储器阵列和可佩戴在皮肤上的柔性设备。他们也有兴趣应用该技术开发用于“物联网”（IoT）的设备。

Kim还表示：“你需要做的就是生长出这些厚厚的二维材料，然后用单层隔离它们并将它们堆叠起来。因此，它非常便宜——比现有的半导体工艺便宜得多。这意味着它将把实验室级的2D材料带入生产，使其商业化。这使得它非常适合物联网网络，因为如果你使用传统半导体进行传感系统会很贵。”

原文来自：materialstoday，原文题目：Nickel film offers quick and easy way to isolate 2D materials，由材料科技在线团队翻译整理。