二维材料及其异质结构的洁净转移与纳米刻蚀加工

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从2004年单原子层石墨烯的发现开始,二维材料的相关研究就一直是凝聚态物理的热点方向之一。近年来,不同二维材料堆叠构成的层状异质结体系受到极大关注,它们不仅能实现更丰富的功能,并且为观察新的物理现象提供了更广阔的平台。作为基础,精确转移二维材料制作异质结样品,对器件结构进行加工是必不可少的步骤。本论文主要在二维材料层状异质结制作和纳米结构加工方面做了一些探索工作。主要包括以下两个部分。1、首次将石墨烯/六方氮化硼异质结界面处的超润滑特性,运用到二维材料的全干法机械转移中,发展出一种新型干法转移技术。转移后的石墨烯样品不仅没有被氮化硼覆盖,而且是超洁净的。这种转移技术克服了现有方法的两个缺点:有机物污染和样品被封装。我们使用新的方法将石墨烯转移到了一系列衬底上,包括石英、铁电、云母、氮化硼等等。通过对制作的器件进行近场光学和电输运测量,表明了这种方法转移的石墨烯具有高的品质。这种新的样品转移方法,结合了已有方法的优势,同时将湿法过程、高温退火、等离子体刻蚀等操作都避免了,使二维材料层状异质结样品的制作更加简单灵活。2、发展出一种基于高频交流电的无电极局域阳极氧化扫描探针刻蚀技术。传统局域阳极氧化是在针尖与样品之间加一个直流电压,在样品(阳极)处发生电化学氧化反应起到刻蚀作用。使用传统局域阳极氧化刻蚀技术,需要先将一个金属电极连接在被刻蚀样品上。我们创新地使用交流电压取代直流电压,发现同样具有阳极氧化刻蚀效果。新的方法只需要在硅衬底和针尖加交流电压即可,避免了传统局域阳极氧化技术需要预先为样品蒸镀电极的繁琐步骤。我们使用新的方法制作了多种石墨烯、碳纳米管和氮化硼纳米结构,并且详细研究了影响刻蚀效果的诸多因素。这种方法在低维材料等相关纳米科学研究、微纳器件制作中将会非常实用。
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