[发明专利]一种自驱动、微区、定位离子插层及图案化方法

说明书

本发明公开了一种自驱动、微区、定位离子插层及图案化方法，该方法包括以下步骤：选取高纯度的具有负电化学势的金属丝，利用电化学刻蚀得到具有一定曲率半径的尖端，配制一定浓度的金属盐溶液并滴在二维材料表面，将刻蚀后的金属丝固定于精度较高的三维控制平台，通过控制平台来移动金属丝，同时借助光学显微镜使金属丝尖端与材料表面接触，插层反应在接触部位开始进行，通过该反应实现了材料的性能优化，包括拓宽响应光谱范围以及实现局部功能化，同时控制金属丝根据设置好的图案在材料表面移动，可以得到定位插层图案，这是现有插层技术所无法达到的。本发明在调控二维材料性质以及在纳米尺度下实现高分辨图案化取得显著效果。

技术领域

本发明涉及半导体光电子材料技术领域，具体涉及一种自驱动实现离子微区定位插层、图案化的方法。

背景技术

离子插层是调控二维材料物理化学性质的一种强力的技术方法。目前，离子插层可以通过在二维材料生长过程中引入气相或者熔融离子来实现插层，该方法可大批量制备材料，但难以精确控制插层，特别是无法在材料中实现原位插层。另一种插层方法是采用零价金属进行化学后插层。该方法可以实现可逆、无损插层，但插层用的亚稳态前驱体不稳定，严重限制了插层种类和扩展性。电化学插层法是目前广泛应用的一种方法，它具有可逆、易于控制的优点。然而，电化学方法需要首先在材料上通过微加工工艺制备微电极同时辅以参考电极、外部偏置设置以及离子导电液体/固体电解质，方法复杂，昂贵和费时。如果进一步将离子插层应用到复杂半导体异质结构器件的制作以及器件集成，定位插层及图案化将是必不可少的工艺，而上面的方法均无法实现这一要求。能否避免复杂的微加工工艺，在局部控制插层制备插层2D材料和构建复杂器件的关键挑战。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种自驱动，微区，定位离子插层及图案化方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种自驱动、微区、定位离子插层及图案化方法，所述的方法包括以下步骤：

将二维材料浸入酸性或者金属盐溶液，并放置于光学显微镜下聚焦观察表面；

选取高纯度的具有负电化学势的金属丝，采用电化学方法刻蚀具有负电化学势的金属丝，获得具有一定曲率半径的尖端；

将金属丝固定在三维控制台上，使金属丝尖端接触二维材料表面，利用三维控制平台使金属丝根据设置的图形在二维材料表面以一定的速率移动，由此实现离子的定位插层图案。

进一步地，所述的金属丝是标准电极电势为负值的金属丝，选自锌丝、铁丝、锡丝中的一种或多种，但不仅限于此，其纯度高于99％。

进一步地，所述的采用电化学方法刻蚀具有负电化学势的金属丝的过程如下：

将金属丝与导线的一端浸在刻蚀液中，另一端各接电流源正负极，设置2-6V的偏压，刻蚀时间10-60s。

进一步地，采用电化学方法刻蚀具有负电化学势的金属丝的曲率半径不超过100μm，刻蚀后的金属丝采用丙酮或乙醇做进一步的清洗。

进一步地，所述的金属盐溶液包括Li、Na、K、Co、Cu及Sn的盐溶液中的至少一种，所述的金属盐溶质纯度高于99％，所述的金属盐溶液浓度为1mol/L-10^-6mol/L。

进一步地，所述的二维材料具备半导体特性，包括MoO₃、MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、Graphene中的至少一种，但不仅限于此。

进一步地，所述的三维平台精度优于2μm。

进一步地，所述的金属丝在材料表面移动的速率优选50μm/s。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：