[发明专利]基于褶皱方向的二维材料晶格和电学性能标定方法及系统

说明书

本发明属于二维材料晶格和电学性能标定领域，具体涉及了一种基于褶皱方向的二维材料晶格和电学性能标定方法及系统，旨在解决现有技术只能通过具有原子级分辨能力的显微系统进行二维材料观测，无法使用一般光学观测手段直观迅速的判断出二维材料的晶格方向，从而确定其最佳电学性能方向的问题。本发明包括：在设定工艺下制备PDMS‑PVA膜和PDMS‑PMMA膜；通过PDMS‑PVA膜拾取氮化硼和二维材料并附于PDMS‑PMMA膜；通过去离子水去除PVA膜；将材料转至硅片，通过丙酮和异丙醇溶液去除残留的PMMA膜；真空退火获得带有褶皱的二维材料异质结；观测并标定晶格和最佳电学性能方向。本发明设备及人工成本低，对环境、样品表面清洁度和平整度要求低，制备过程简单，有利于工业大规模生产制备。

技术领域

本发明属于二维材料晶格和电学性能标定领域，具体涉及了一种基于褶皱方向的二维材料晶格和电学性能标定方法及系统。

背景技术

由于二维材料晶体内部的晶格结构是亚纳米级的，不能通过直接观测到，通常需要借助具有原子级分辨能力的显微镜，如：透射电子显微镜(TEM)、扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)等。通过扫描样品，获得其表面原子分辨图谱，从而判断其晶格方向。透射电子显微镜(TEM)是以电子束为光源的显微系统。电子束的波长比可见光和紫外光都短得多，可以观测到普通光学显微镜下无法观测到的小于0.2um的细微结构。而且由于电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，可以通过发射电子束的电压来调节。电压越高波长越小，观测的分辨力就越大，目前TEM的最大空间分辨率可达亚埃级。扫描隧道显微镜(STM)是一种扫描探针显微术工具。当原子级尖锐探针在不到一个纳米的高度上扫描样品时，针尖和样品对应位置的波函数重叠，当有外加电压时(2mV—2V)，针尖与样品之间的隧道效应使得电子穿透真空势垒，形成隧道电流。电流强度和针尖与样品间的距离大致成负的e指数关系，当探针沿物质表面按恒定高度扫描时，因样品表面原子凹凸不平，使探针与物质表面间的距离不断发生改变，从而引起隧穿电流不断发生改变。将电流的这种改变逐点绘制成图像，即可获得样品表面原子分辨形貌图。原子力显微镜(AFM)一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。可以在大气和液体环境下对样品进行纳米区域的物理性质包括形貌进行探测，或者直接进行纳米操纵。通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质，可以观察到纳米级的表面形貌结构信息及表面粗糙度信息。

目前最常用的晶格取向鉴别技术手段为X射线衍射技术和电子衍射技术。X射线衍射技术：当一束单色X射线入射到晶体时，由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成，这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有X射线衍射分析相同数量级，故由不同原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关，每种晶体所产生的衍射花样都反映出该晶体内部的原子分配规律。电子衍射技术：高能电子束以相对于晶体样品原子面特定角度入射(通常沿晶带轴方向)，产生强烈的弹性散射波，并相互干涉生成与晶体结构相关的特征电子衍射图样的方法。

然而，现有方法还存在以下问题：(1)具有原子级分辨能力的显微技术都依赖于精密、昂贵的实验仪器，通常需要专业的工程师进行安装和调试，这个过程一般需要一个月左右的时间才能完成，时间和金钱成本较高；(2)操作难度大，使用之前需要进行特别的培训，而且一旦出现故障，维修过程也非常复杂；(3)样品制备复杂，在上述复杂仪器中进行样品表征需要复杂的特殊制样过程，且对样品表面的清洁和平整程度有很高的要求；(4)使用环境的要求苛刻，一般都需要配备减震系统，扫描电子显微镜除了要配备减震系统外，还需要在极低温(一般在4K左右)环境中工作，需要大量的液氦和液氮来维持仪器运转。

总的来说，现有的具有原子级分辨能力的显微技术都依赖于精密、昂贵的实验仪器，通常需要专业的工程师进行安装和调试，使用之前需要进行特别的培训，时间和设备成本较高，出现故障时维修过程也较为复杂，并且样本制作复杂、使用环境要求苛刻，不利于在工业生产中大规模应用。

发明内容