[发明专利]二维材料异质结热电器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二维材料异质结热电器件的制备方法及二维材料异质结热电器件。该二维材料异质结热电器件的制备方法包括如下步骤：在基材上形成二维材料异质结，二维材料异质结由包括两种不同的二维层状材料的原料经层叠形成；在基材上形成遮蔽二维材料异质结的光刻胶，光刻胶为电子束敏感的光刻胶；采用电子束照射光刻胶的预设区域，形成暴露部分二维材料异质结的蚀刻开口；通过蚀刻开口对二维材料异质结进行刻蚀；过蚀刻开口制备金属电极；及去除光刻胶。上述制备方法能够实现在尺寸较小的二维材料异质结之间形成金属电极，该金属电极可以用作触点并进一步通过引线电连接于外部的测试电路。

技术领域

本发明涉及热电器件技术领域，特别是涉及一种二维材料异质结热电器件及其制备方法。

背景技术

以石墨烯为代表的二维层状材料因为具有许多特殊的性质而受到了极大的关注。二维层状材料的结构为单层不具有悬挂键的晶格，因此相邻的二维层状材料之间通常可以通过范德华力弱键结合，不同的二维层状材料堆垛能够形成具有原子级平整界面的人工异质结构，这种异质结构通常被称为二维材料范德华异质结。

近来较多的对于二维层状材料的研究都集中在以石墨烯、黑磷和双硫族化合物等为代表的材料的热电性能上。对于实际应用，石墨烯主要有两个缺点，一个是石墨烯的导热系数太高，室温下记录的导热系数在4840-5300W/mK的范围内；另一个是石墨烯的塞贝克系数由于其无间隙带结构而太小，其最大的塞贝克系数值约为80mV/K。为了克服这些障碍，将不同的二维层状材料堆垛在一起构成范德华异质结是一种可行的方法。然而由石墨烯等二维层状材料形成的范德华异质结的热电性能难以得到有效表征，这限制了二维材料范德华异质结作为热电器件的进一步应用。

发明内容

基于此，为了便于二维材料范德华异质结的热电性能的表征，有必要提供一种二维材料范德华异质结热电器件的制备方法。

根绝本发明的一个实施例，一种二维材料异质结热电器件的制备方法，其包括如下步骤：

在基材上形成二维材料异质结，所述二维材料异质结由包括两种不同的二维层状材料的原料经层叠形成；

在所述基材上形成遮蔽所述二维材料异质结的光刻胶，所述光刻胶为电子束敏感的光刻胶；

采用电子束照射所述光刻胶的预设区域，形成暴露部分所述二维材料异质结的蚀刻开口；

通过所述蚀刻开口对所述二维材料异质结进行刻蚀；

通过所述蚀刻开口制备金属电极；及

去除所述光刻胶。

在其中一个实施例中，在形成所述光刻胶的步骤中包括：先在所述基材上涂覆第一光刻材料，形成第一光刻层，再于所述第一光刻层上涂覆第二光刻材料，形成第二光刻层，所述第一光刻材料与所述第二光刻材料均为高分子材料，所述第二光刻材料的分子量高于所述第一光刻材料。

在其中一个实施例中，所述第一光刻材料和所述第二光刻材料均选自聚甲基丙烯酸甲酯。

在其中一个实施例中，在形成所述光刻胶的步骤中，控制形成的光刻胶的厚度≤300nm。

在其中一个实施例中，在所述二维材料异质结中，两种二维层状材料的总层数有三层以上，且两种二维层状材料交替层叠。

在其中一个实施例中，形成所述二维材料异质结的原料包括石墨烯和六方氮化硼。

在其中一个实施例中，在所述二维材料异质结中，位于最顶层和最底层的二维层状材料均为六方氮化硼。

在其中一个实施例中，在对所述二维材料异质结进行刻蚀的步骤中，采用离子束铣削的方式刻蚀所述六方氮化硼，及，采用反应离子腐蚀的方式刻蚀所述石墨烯。