二維材料超潔凈堆疊制造研究獲進展

　　將不同二維材料像原子級薄片一樣層層堆疊，可構筑全新功能的范德華異質結構。然而，在看似簡單的“貼合”過程中，水、氧、空氣等分子易被困于層間，形成氣泡、褶皺和缺陷，影響界面質量與器件性能。目前，實現大面積、高潔凈度的二維材料堆疊，成為亟待突破的難題。

　　近日，中國科學院上海技術物理研究所等提出了彈性斜面印章輔助熱層壓（EBTL）技術。該技術利用彈性斜面印章與超平整范德華粘附層構成層壓工具，通過斜面結構形成逐步推進的接觸前沿——原理類似于手機貼膜時用刮板排出氣泡和灰塵。同時，150°C原位加熱有助于促進材料表面水、氧等吸附分子脫附，從而實現自清潔式的范德華層壓，解決了傳統方法中界面污染物殘留問題。

　　實驗結果表明，這一技術提升了二維材料堆疊結構的界面質量。與傳統層壓方式相比，通過該技術制備的MoS2同質結表面更為平整，層間氣泡和褶皺減少，平均潔凈界面良率超過95%。該技術適用于石墨烯、六方氮化硼、WSe2等多種二維材料，還可構筑扭轉結構和多層超晶格，為復雜二維異質結構的制備提供了方法。基于潔凈界面，該技術制備的MoS2/hBN晶體管展現出更小的電學遲滯，MoS2/WSe2 p–n結二極管表現出更快的光響應速度。研究進一步將二維溝道、源漏電極、介質層、柵電極和封裝層等功能構件逐層層壓，構筑了包含2400個器件的全范德華層壓晶體管陣列，展現出優異的均一性和可擴展性。

　　這一成果為新型半導體材料的潔凈堆疊和高性能器件制造開辟了新的技術路徑，有望支撐大面積半導體異質結構、復雜光電功能器件及低溫三維集成等應用的發展。

　　相關研究成果發表在《科學通報》（Science Bulletin）上。研究工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金等的支持。

彈性斜面印章輔助熱層壓技術示意圖及其應用