[發明專利]一種二維通道結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201611064839.7
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN106586944A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 袁竹君;王新強;王平;盛博文;李沫;張健;沈波
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81C1/00;H01L21/02;H01L23/13
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙)11360
• 代理人: 王巖

本發明公開了一種二維通道結構及其制備方法。本發明采用支架支撐隔離層，獲得多種二維通道結構，適用材料范圍廣；各層的間距精確可控，二維通道結構設計約束少，適用眾多圖案；適合工業化生產，圖案精度高且適用于多種工業化生產方法，制作方法簡單，成本低，用途廣泛；工藝約束小，適合多種工藝；可以在隔離層上設計電路，通過外接電源或電信號或光源，或通過調制不同入口壓強，控制離子或分子走向，達到能量轉換或藥物合成等目的；圖案配合適當的探測手段(如拉曼光譜，熒光譜等)能有效實現單分子探測或其他生物探測及化學探測，可配合的系統廣泛。

技術領域

本發明涉及半導體制備技術，尤其涉及一種二維通道結構及其制備方法。

背景技術

二維材料如石墨烯、過渡金屬硫族化物(如MoS₂等)和III-V族量子阱結構都對其內電子形成有效的束縛從而有多種應用。而類比于空心的二維結構，則可以對離子、電解質、有機分子等形成很好的限制并可有效控制其輸運。同時空心的二維層狀結構有很大的表面積，可用于做氣體吸附、顆粒吸附、化學合成、電池、電容等多種應用。現今絕大多數二維層狀結構是用二維層狀材料做隔離層制備而成，采用的是剝離-重構的方法。由此種方法制備出的二維通道結構可以形成連續且強韌的塊材形式，有很大的空實心比(二維通道比隔離層的體積比)，在流體實驗中顯示出非常好的電解液、離子控制性質，部分材料在較高溫度下保持性質和結構不變。在制備過程中，加入化學表面活性劑或使用其他化學表面修飾過程可以使二維通道表面性質改變，或加入納米管撐起層狀結構，可一定程度上控制二維通道的層內間距，可改變對不同離子或電解液在二維通道內的移動能力。另有報道通過壓印-刻蝕的方法制備有機單層二維通道，其單層厚度在200nm至10nm之間，也可以通過表面處理改變離子傳輸性質。

由于材料和制備工藝限制，剝離-重構法只適用于天然的層狀材料，層間的間距也很難精細調控，即使用了化學表面修飾的方法。用毛細管-緊壓的方法雖能有效控制二維通道平均間距，但漲落偏差較大，不能精確研究單二維通道內不同層內間距對離子輸運、電解液、氣體輸運等的影響，且也只能用天然層狀材料。同時天然層狀材料很難用摻雜等方法精細控制表面電荷密度，現有方法的表面電荷密度控制都是通過后續表面加工才得以完成，且較難實現正表面電荷。擴展材料的范圍，精確控制二維通道的層內間距，多種控制表面電荷的方法，實現正電荷表面密度等需求有重大價值。

發明內容

針對以上現有技術存在的問題和改良的需求，本發明提出了一種二維通道結構及其制備方法，可完成上述需求，并可以大規模工業化制備，精確控制結構、形貌，方便加工，適用多種材料且可制成器件，可依材料有不同工作溫度區間。

本發明的一個目的在于提供一種二維通道結構。

本發明的二維通道結構為單層結構或多層結構。

二維通道結構為多層結構，本發明的二維通道結構包括：襯底、支架、隔離層和二維通道；其中，在襯底上生長隔離層和犧牲層，在襯底上形成多層結構，多層結構為隔離層和犧牲層的組合，但兩層犧牲層不能相鄰；根據設計好的二維通道的圖形，在多層結構上刻蝕或腐蝕掉二維通道的圖形的邊緣，多層結構中保留下來的部分形成二維通道模板，二維通道的側邊緣落在二維通道模板的側邊緣，二維通道模板的邊緣的部分或全部構成支架槽；在支架槽內形成支架，在去除犧牲層后支架能夠支撐各層隔離層并且能夠控制各隔離層之間的間距，如果多層結構的最上一層為犧牲層，則生長一層保護層覆蓋最上層的犧牲層，保護層的材料與支架相同或不同；刻蝕或腐蝕支架或二維通道模板的部分區域，形成通口，通口使得犧牲層中要去除部分存在暴露在外的表面；除去犧牲層中需要被去除部分，形成二維通道，二維通道的邊緣區域由支架連接，從而形成支撐。