[发明专利]一种二维材料层及制备方法

说明书

本发明提供一种二维材料层及制备方法，包括步骤：提供一衬底，于衬底上表面形成二维材料层；采用导电型针尖扫描所述二维材料层的上表面，所述导电型针尖具有激发电压。本发明的二维材料层及制备方法能很大程度降低界面的摩擦，从而延长器件的寿命，减少功耗，提高效率，还能节能环保，减少经济损失。

技术领域

本发明属于二维材料制备领域，特别是涉及一种二维材料层及制备方法。

背景技术

摩擦、磨损对人类社会影响深远。据不完全统计，全球大约1/4的一次性能源因摩擦而损耗，80％的器件失效由磨损而引起。带来巨额经济损失的同时，还造成环境污染甚至无可挽回的资源浪费。进一步，摩擦、磨损使得许多关键技术遇到发展瓶颈。近年来MEMS发展火热，但是当器件减小到微米以及纳米尺度时，尺寸缩小将带来许多物理性质的改变，这种影响会反应到结构材料、设计理论、制造方法及测量技术等方面。例如，随着器件尺寸缩小，表面相关的范德华力、粘附力、表面张力和静电力等逐渐成为影响系统性能的关键因素。宏观的摩擦理论已不再适用，在高速相对运动和长时间循环工作的MEMS器件中，界面摩擦导致的磨损问题十分突出。

近年来，石墨烯、TMD等二维材料的火热推动了半导体物理、凝聚态物理、生物医学等的发展，其独特的电学、力学性质有利于MEMS的性能改善。在MEMS器件加工过程中，无论是各向异性腐蚀还是刻蚀形成沟槽，都会在Si结构表面聚集大量气泡，同时在器件表面转移石墨烯、TMD等二维材料时也会俘获空气、杂质形成大量气泡。这些气泡会形成局部掩膜，阻碍进一步的干法、湿法刻蚀，造成局部不完全释放。同时，三维空间形成的气泡产生大量局部不均匀摩擦力，这种在界面处形成的摩擦阻力会降低器件的寿命，带来巨大的经济损失。

基于以上所述，本发明的目的是给出一种二维材料层及制备方法，以降低界面的摩擦，从而延长器件的寿命，减少功耗，提高效率，还能节能环保，减少经济损失。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种二维材料层及制备方法，用于降低界面的摩擦，从而延长器件的寿命，减少功耗，提高效率，还能节能环保，减少经济损失。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种二维材料层的制备方法，包括步骤：

提供一衬底，于衬底上表面形成二维材料层；

采用导电型针尖扫描所述二维材料层的上表面，所述导电型针尖具有激发电压。

可选地，所述衬底包括锗衬底，所述二维材料层包括石墨烯，在所述锗衬底上形成所述石墨烯的方法包括化学气相沉积。

可选地，所述化学气相沉积的原料包括氢气、甲烷、氩气，在高温环境中所述氢气和所述甲烷裂解成氢原子和碳原子，沉积时，所述锗衬底上先沉积一层所述氢原子形成Ge-H键，构成二维电子气，然后再沉积一层所述碳原子，并且所述碳原子构成六圆环状态的石墨烯，通过在所述激发电压下，所述导电型针尖放电激发使所述Ge-H键发生断裂，形成的氢原子结合形成氢气，由于所述石墨烯阻止气体分子通过，形成的所述氢气包覆在所述石墨烯中，使所述二维材料层向三维方向凸起，与所述锗衬底存在相对悬浮。

可选地，所述二维材料层的层数至少2层，采用导电型针尖扫描所述二维材料层的上表面，在所述激发电压下，所述导电型针尖在所述二维材料层的上表面产生局部放电，同时产生静电力，在所述静电力的作用下，层与层间的二维材料原子间的库仑吸引力大于层间的分子间的范德华作用力，使层间二维材料的原子发生滑移，朝着所述二维材料原子间结合更稳定的方向滑移以降低势垒，并形成莫尔条纹。

可选地，所述二维材料层包括由下至上依次叠加的第一二维材料层和第二二维材料层，所述第一二维材料层包括石墨烯，所述第二二维材料层包括二硫化钼。

可选地，所述二硫化钼二维材料层通过转移方法形成于所述第一二维材料层上，所述转移方法包括PMMA湿法转移方法、机械剥离转移方法中的一种。