[發明專利]一種觀測晶體材料二維形態步進剝離的方法

在審

• 申請號: 202211446064.5
• 申請日: 2022-11-18
• 公開（公告）號: CN116148138A
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 黃浦;王貴;馬壯;張秀文
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N33/00
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 王健

本發明公開了一種觀測晶體材料二維形態步進剝離的方法，通過對目標晶體的空間群信息和結構對稱性進行分析，實現對不同晶面堆積方式的自動劃分，快速找到塊體材料可能被剝離出二維形態的特征晶面，并準確定位晶面分離發生的臨界位點，同時給出晶面分離臨界點處界面耦合重構的細節，描繪出整個剝離過程中原子成鍵/斷鍵及組態波函數的動態演化圖像。本發明通過對晶體結構對稱性、晶面原子密堆積以及波函數鍵合作用分析，得到材料的目標剝離晶面，并給出高精度晶體剝離數據，解決了晶體材料智能化剝離方法缺失的關鍵問題，大大加快了二維材料的研發效率。

技術領域

本發明涉及半導體領域，特別是涉及一種觀測晶體材料二維形態步進剝離的方法。

背景技術

一個世紀以前，閃鋅礦(zb)和纖鋅礦(wz)等半導體被發現并得到了人們的高度關注。受益于優異的電子結構特性，這些化合物(如CdSe、ZnS等)在半導體工業中扮演著重要的角色，并引領了現代高速電子信息產業的發展。這些傳統半導體可以通過許多方法來制備，總體歸結為兩種范式，即自下而上(bottom-up)和自上而下(top-down)的策略。前者是以做加法的方式，憑借較小的結構單元(如單個原子或分子)構建較大的結構體系，而后者是以減法方式裁切較大的材料至目標結構，以上是當下半導體制造中實現豐富器件結構和集成電路的經典途徑。

隨著人們對材料的小型化、智能化、新穎性和優越性要求的不斷攀升，這些傳統塊狀材料的尺寸逐漸被縮小，例如一維納米線和二維納米片。近些年來，二維材料在促進科技進步和產業轉型方面表現出尤為顯著的影響。從晶體結構的角度來看，二維材料可分為兩類，即層狀范德華材料和非范德華(非層狀)材料。目前，大多數單層二維材料都是從其層狀母體中獲得的，例如MoS2和黑磷。對于實驗中已知的三維晶體，只有一小部分呈現出層狀結構，而大部分是非層狀的。盡管大量的非層狀材料呈現出豐富的物性，但實現其單層結構仍然是一個巨大的挑戰。因為人們通常認為：打破非層狀晶體內的強化學鍵是分離單層的必要條件，而層狀材料只需要克服較弱的范德華相互作用即可實現剝離。值得注意的是，無論是層狀還是非層狀晶體，其不同晶面內原子的鍵合形式是不相同的。因此，值得深究的是在晶體材料中是否存在某種較“軟”的晶面結構，使垂直于該晶面的單層結構可以很容易地實現分離。然而，目前二維材料的剝離方式主要還停留在傳統的機械剝離模式，缺乏一套完整的從結構對稱性和晶面成鍵特征出發，設計合理的剝離策略，尤其是實現對整個剝離過程動態觀測的方法。因此開發一種觀測晶體材料二維形態步進剝離的智能化方法尤為重要。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

根據本發明的第一方面，提供一種觀測晶體材料二維形態步進剝離的方法，所述方法包括：

獲取目標晶體結構數據文件；

根據所述目標晶體結構數據文件，分析特征晶面的原子堆積方式和成鍵類型，篩選成鍵相互作用弱的特征晶面；

沿垂直于晶面方向進行步進拉伸，通過如下公式(1)描述步進剝離過程：

其中，ΔE是拉伸過程中體系總能量的變化，E_(i,0)對應瞬時初態能量，E_(i,1)是晶面原子拉伸Δd位移且結構馳豫后的瞬時穩態總能量，A是特征晶面的尺寸面積；

根據公式(1)輸出的結果確定晶面分離的臨界點，所述晶面分離的臨界點處能量變化滿足規律E_(i,1)≤E_(i,0)；

對整個步進剝離過程的瞬時能量進行求和或積分直到界面分離的臨界點處，以輸出二維結構準確的剝離能數據E_C；

根據ΔE在臨界點和最終收斂狀態之間的數值差異，判斷界面重構的程度。

進一步地，通過對稱性分析和/或物相解析獲取目標晶體結構數據文件。