Nature重大進(jìn)展：自組裝工程——可控性層層堆疊二維材料

【前言】

在原子尺度上精確設(shè)計(jì)具有垂直結(jié)構(gòu)的高性能半導(dǎo)體薄膜可用于現(xiàn)代集成電路和新型材料的研究。獲得這種薄膜的一種方法是實(shí)現(xiàn)連續(xù)的層層自組裝，即利用二維構(gòu)建材料在垂直方向上堆疊，并依靠范德華力連接。石墨烯以及過渡金屬二硫化物這些只有1和3原子厚的二維材料就被用于實(shí)現(xiàn)一些早先制備較為困難的異質(zhì)結(jié)，并表現(xiàn)出較為優(yōu)異的物理特性。然而，還沒有既能保持二維材料構(gòu)建本征特性又能產(chǎn)生夾層界面的大規(guī)模自組裝的方法存在，這限制了層層自組裝方法向一個(gè)小尺度規(guī)模化制備的轉(zhuǎn)變。

【成果簡(jiǎn)介】

康奈爾大學(xué)Jiwoong Park（通訊作者）等人報(bào)道了實(shí)現(xiàn)高水平空間均勻性和本征夾層界面生產(chǎn)晶圓級(jí)尺度的半導(dǎo)體薄膜的方法。相關(guān)研究論文以題為“Layer-by-layer assembly of two-dimensional materials into wafer-scale heterostructures”于2017年9月21日在線發(fā)表于Nature頂刊。薄膜的垂直方向組分通過二維材料模塊在真空下原子尺度上的自組裝實(shí)現(xiàn)。同時(shí)制備了一些大規(guī)模、高質(zhì)量的異質(zhì)結(jié)薄膜和設(shè)備，包括超晶格薄膜、批次生產(chǎn)的電阻可調(diào)的隧道結(jié)陣列、能帶調(diào)控異質(zhì)結(jié)隧道二極管以及毫米級(jí)超薄膜。堆疊形成的膜可拆卸、可中斷并與水和塑料等界面相容，從而可實(shí)現(xiàn)與其他光學(xué)和機(jī)械系統(tǒng)集成。

【圖文導(dǎo)讀】

圖一、利用層層自組裝獲得高質(zhì)量半導(dǎo)體薄膜

圖二、程序化真空堆疊（PVS）過程

圖三、利用層數(shù)或垂直組分來調(diào)控半導(dǎo)體薄膜的電導(dǎo)率

圖四、應(yīng)用于光學(xué)和機(jī)械領(lǐng)域可拆卸和自支撐的半導(dǎo)體薄膜