[发明专利]一种基于二维层状材料的器件及制备方法

权利要求书

1.一种基于二维层状材料的器件，器件由电极一和电极二构成；所述电极一为二维层状材料；所述电极一由辅助部件支撑，悬空摆放；所述电极一和电极二顶端之间形成缝隙一；所述电极二顶端面积小于电极一悬空部分的面积；所述电极二的侧边与辅助部件的侧边之间形成缝隙二；器件工作时电极一和电极二之间施加电压；所述电极二施加的电压高于电极一施加的电压。

2.根据权利要求1所述的基于二维层状材料的器件，其特征在于，所述电极一与电极二顶端之间的缝隙一的宽度为1-100nm。

3.根据权利要求1所述的基于二维层状材料的器件，其特征在于，所述电极一悬空部分的面积为电极二顶端面积的3倍以上。

4.根据权利要求1所述的基于二维层状材料的器件，其特征在于，所述电极二的侧边与辅助部件的侧边之间的缝隙二的宽度为10-5000 nm。

5.根据权利要求1所述的基于二维层状材料的器件，其特征在于，所述二维层状材料厚度为0.3-50 nm。

6.根据权利要求1所述的基于二维层状材料的器件，其特征在于，所述二维层状材料为石墨烯、二硫化钼、二硒化钨、黑磷、氧化石墨烯、硅烯、二硫化钨、二硫化钛、二硒化钼、碲化铋、碲化锑、氮化硼中的一种或多种的组合体；

所述电极二为金属材料或半导体材料；构成电极二的金属材料为钼、铬、铜、金、钛、铝、镍中的一种或多种的组合体；构成电极二的半导体材料为硅、碳化硅、锗、硼、金刚石、氧化锌、氧化钛、氧化铜、氧化钨、氮化铝、氮化镓中的一种或多种的组合体；

所述辅助部件为金属材料或半导体材料或绝缘材料；构成辅助部件的金属材料为钼、铬、铜、金、钛、铝、镍中的一种或多种的组合体；构成辅助部件的半导体材料为硅、碳化硅、锗、硼、金刚石、氧化锌、氧化钛、氧化铜、氧化钨、氮化铝、氮化镓中的一种或多种的组合体；构成辅助部件的绝缘材料为二氧化硅、氮化硅、氧化铝、陶瓷、云母、玻璃中的一种或多种的组合体。

7.一种制备如权利要求1~6任一项所述器件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

SI.制作电极二；所述电极二顶端的曲率半径或半径为1-25 nm；

SII.在所述电极二外侧集成对电极一起支撑作用的辅助部件，得到第一组合体；所述辅助部件的上表面与电极二顶端的高度差为1-100 nm；所述电极二的侧边与辅助部件的侧边之间的缝隙二的宽度为10-5000 nm；

SIII.制备二维层状材料，并在所述二维层状材料的上表面粘附胶带，得到二维层状材料——胶带组合体；在所述二维层状材料——胶带组合体中，所述二维层状材料的厚度为0.3-50 nm；

SIV.将所述二维层状材料——胶带组合体与所述第一组合体中辅助部件的顶部相连接，使二维层状材料脱离胶带，二维层状材料架设于辅助部件上并悬空于电极二上方，所得组合体为所述器件。

8.根据权利要求7所述器件的制备方法，其特征在于：所述步骤SIII还包括如下步骤：

S1.将所述二维层状材料放置于第一衬底上；

S2.在S1所得二维层状材料上表面涂覆聚苯乙烯溶液，自然风干，得到二维层状材料——聚苯乙烯组合体；

S3.在S2所得二维层状材料——聚苯乙烯组合体的聚苯乙烯层上粘附带孔洞的胶带，利用胶带将二维层状材料——聚苯乙烯组合体脱离第一衬底，得到所述二维层状材料——胶带组合体。

9.根据权利要求7所述器件的制备方法，其特征在于：所述步骤SIV还包括如下步骤：

S11.在S3所得二维层状材料——胶带组合体胶带的孔洞中粘附聚二甲基硅氧烷薄膜，后撕去胶带，得到第一组合薄片；

S12.在S11所得第一组合薄片的聚二甲基硅氧烷薄膜的上表面粘附载玻片，得到第二组合薄片；将所述第二组合薄片的二维层状材料与第一组合体中支撑电极一的辅助部件顶部相连接，得到第二组合体；

S13. 将S12所得第二组合体加热，脱离载玻片和聚二甲基硅氧烷薄膜，并去除聚苯乙烯，所得组合体为所述器件。

10.根据权利要求9所述的器件的制备方法，其特征在于：在所述步骤S13中，所述聚苯乙烯通过有机溶剂溶解、退火或等离子体刻蚀的方法去除；所述有机溶剂为甲苯、乙醇、乙酸或丙酮；所述退火在压强10-4Pa，温度450℃的条件下进行，退火时间为90-120min。