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美国麻省理工学院机械工程系研究人员开发了一种技术，可以在几分钟内收集2英寸直径的2D材料晶圆，然后可以在一小时内堆叠在一起形成电子器件。这种方法开辟了基于各种2D材料商业化电子器件的可能性。 自2003年发现称为石墨烯的单原子厚碳材料以来，人们对其他类型的2D材料产生了浓厚的兴趣。这些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器件，包括作为半导体运行。通过这种方式，它们可用于制造超薄、柔韧、透明和可穿戴的电子设备。然而，已证明将块状晶体材料分离成2D薄片以用于电子器件在商业规模上很难做到。 现有方法是，通过将晶体反复冲压到胶带上而将单个薄片从块状晶体中分离出来，但此法不可靠且耗时，需要数小时才能获得足够的材料并形成器件。 研究团队Kim教授说，“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，目前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，在堆叠顶部涂上600纳米厚的镍膜。 由于二维材料对镍的附着力比蓝宝石强得多，因此剥离这种薄膜使研究人员能够将整个叠层与晶圆分离。而且，镍和2D材料的各个层之间的粘附力也大于每个层本身之间的粘附力。 结果，当第二个镍膜被添加到堆叠的底部时，研究人员能够剥离单个原子厚度的2D材料单层膜。这是因为剥离第一个镍膜会在材料中产生裂缝，这些材料会直接传播到堆叠的底部。 一旦由镍膜收集的第一单层已经转移到基底上，就可以对每一层重复该过程。Kim表示，“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，实现在晶圆级别上隔离单层2D材料。” 通用技术可与一系列不同的2D材料一起使用，包括六方氮化硼、二硫化钨和二硫化钼。 以这种方式，可以用于生产不同类型的单层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。 如果使用二维材料制造电子和光子器件，那么可得到只有几个单层厚度的器件，他们将非常灵活，可以加盖在任何东西上。这个过程快速而且成本低，适合商业应用。 研究人员现在正计划将该技术应用于一系列电子器件的开发中，包括非易失性存储器阵列和可佩戴在皮肤上的柔性设备。 该团队也有兴趣应用这种技术来开发用于“物联网”的设备。需要做的就是生长这些厚的二维材料，然后用单层隔离它们并堆叠起来。所以它非常便宜 - 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二维材料带入生产商业化。
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