二維材料是指具有原子級(jí)厚度（通常僅單層或幾層原子）且在兩個(gè)維度（平面方向）上延展，第三個(gè)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(dú)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(cè)試技術(shù)。其主要研究流程及關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)如下：

一、材料制備與篩選

制備方法機(jī)械剝離法：膠帶剝離獲得微米級(jí)單晶薄片（實(shí)驗(yàn)室常用）

化學(xué)氣相沉積（CVD）：生長(zhǎng)晶圓級(jí)薄膜

液相剝離法：規(guī)模化制備分散液（石墨烯、MXene）

外延生長(zhǎng)法：硅基石墨烯等

材料篩選光學(xué)顯微鏡：識(shí)別單層/少層區(qū)域（厚度依賴顏色和對(duì)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(cè)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(duì)準(zhǔn)目標(biāo)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(shí)）

反應(yīng)離子刻蝕（RIE）

四、電學(xué)性能測(cè)試

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

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

圖2 機(jī)械剝離的二維材料樣品利用無掩模光刻機(jī)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(jī)