[發明專利]一種二維材料超精密加工方法

有效

• 申請號: 202010400423.8
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111533085B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 彭倚天;郎浩杰;黃瑤
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B81B7/04
• 分類號: B81B7/04;B81C1/00
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

本發明涉及一種二維材料超精密加工方法，將二維材料轉移到絕緣基底上后，控制AFM的導電探針和二維材料接觸后向AFM的導電探針施加電壓，通過力場和電場的共同作用對二維材料進行加工，加工包括二維材料同一位置的累次加工和二維材料不同位置的分次加工，除第一次以外，每次加工前，都進行原位電荷去除操作，具體為：將AFM的導電探針接地后，控制其與二維材料的加工位置接觸，至二維材料的表面電勢恢復至初始值。本發明的方法操作簡單，無需在二維材料上加工微電極即可實現在力場和電場下對二維材料進行加工，且加工精度較高，可控性強，方式靈活，針對不同基底上的不同二維材料均可實現超精密加工。

技術領域

本發明屬于二維材料超精密加工技術領域，具體涉及一種多場下的二維材料超精密加工方法。

背景技術

以石墨烯為代表的二維材料是指在一個維度上尺寸減小到單原子厚度，而另外兩個維度上尺度相對較大的材料。由于特有的原子層結構，不同的二維材料具有力學、電學、熱學和光學等一系列優異的性能。二維材料在工程、材料和能源等領域都具有巨大的應用前景。二維材料的應用依賴于便捷高效的加工方法。二維材料超精密加工技術的發展將推動其在微納機電系統、微納傳感器和集成電路制造等方面的應用。

基于原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope；AFM)的加工是超精密加工的方式之一。AFM加工精度取決于AFM探針的針尖半徑，而AFM探針的半徑可以在1nm～10μm之間變換。因此，借助AFM可以完成微米級和納米級的加工。常規的AFM加工通過AFM探針和樣品表面的力學相互作用破壞樣品表面達到加工的目的。但是像石墨烯、二硫化鉬和六方氮化硼等二維材料具有很高的楊氏模量和斷裂強度，只憑力學作用很難對二維材料進行加工。而向AFM探針施加電壓后，探針和二維材料之間的形成的表面電勢差會讓二維材料發生化學反應，從而達到對二維材料進行快速加工的目的。但是，當二維材料在常用的硅片和PDMS等絕緣基底上時，為了維持探針和二維材料之間的電勢差，現有技術需要通過在二維材料上制作微電極的方式讓二維材料接地。制作微電極不僅增加二維材料的加工成本，降低加工效率，還會對二維材料表面造成污染，影響二維材料性能。除了AFM加工的方式之外，等離子加工和激光束加工也可以實現對二維材料的超精密加工方法。等離子加工和激光束加工分別通過等離子轟擊和高能激光照射來對二維材料進行加工，因此可以在絕緣基底上對二維材料進行加工。但是這兩種加工方式的精度只能達到微米級，遠遠低于AFM加工的精度。

多場耦合下的AFM加工可以對二維材料進行切割，在二維材料表面制作納米級電路，或者制作二維材料表面的化學修飾位點，這些技術將推動二維材料在微納制造領域的發展。二維材料多場耦合下的AFM加工效果和精度受到二維材料和基底力學和電學特性的影響。開發多場耦合下的AFM加工技術，實現對不同基底上不同二維材料的高精度可控加工，對二維材料在微納制造領域的應用十分重要。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術中存在的問題，提供一種對不同基底上的不同二維材料進行高精度的可控加工方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種二維材料超精密加工方法，將二維材料轉移到絕緣基底上后，控制AFM的導電探針和二維材料接觸后向AFM的導電探針施加電壓，通過力場和電場的共同作用對二維材料進行加工，加工包括二維材料同一位置的累次加工和二維材料不同位置的分次加工，除第一次以外，每次加工前，都進行原位電荷去除操作，具體為：將AFM的導電探針接地后，控制其與二維材料的加工位置接觸，至二維材料的表面電勢恢復至初始值。