[发明专利]二维材料压应变工程的激光冲击制备方法

说明书

本发明公开了一种二维材料压应变工程的激光冲击制备方法，通过在二维材料上铺设纳米金属颗粒并使用激光冲击使金属颗粒发生形变的方式使二维材料受到压应力产生应变。本发明使用激光冲击使金属颗粒发生形变的方法对二维材料施加外部压应力，使材料的能带结构发生变化，有效改善材料的电学、光学性能，适用于纳米级场效应晶体管、光电探测器等电子、光电子器件。

技术领域

本发明涉及二维半导体材料应变工程的技术领域，具体涉及一种二维材料压应变工程的激光冲击制备方法。

背景技术

为实现半导体器件小型化、高度集成化的目的，半导体尺寸缩小不断向前推进，半导体工艺技术将面临光刻难度大、散热困难、量子效应的限制等一系列的技术瓶颈，通过降低传统硅基半导体器件尺寸，提升其性能的方式将不再奏效。而且，半导体工艺不断向前推进所需要的半导体设备的更新研发投入也越来越高昂，这些都是IC按照摩尔定律推进的阻碍。类石墨烯二维层状电子材料凭借其原子级别的厚度、高机械强度高、表面载流子传输速率快、能带随厚度可调以及出色的电学性能等特性在电子器件领域有巨大的潜在应用。研究表明，基于二维层状材料的电子器件具有良好的栅控性质，可以有效减小短沟道效应对器件性能的影响，成为最有可能替代硅基材料、延续摩尔定律的新型半导体材料。此外，大量研究结果表明，对二维材料施加应力使其发生形变产生褶皱结构，会使材料的能带结构发生明显变化，对材料的电学以及光学性能产生影响，因此通过使二维半导体材料发生形变产生褶皱结构进而改善其性能的方式为研发高性能的半导体器件提供了一条新的路径。

目前常用的使材料产生应变的方法多采用衬底与二维材料固有特性不同以及改变衬底的形态的方法，具体方法有：样品和衬底晶格不匹配而导致的应变，依赖于衬底以及二维材料的固有性质，对于衬底材料以及二维材料的种类有限制；样品与衬底之间热膨胀系数不匹配引起的应变，该方法需要将衬底加热到上百摄氏度，该方法产生的应变取决于衬底材料以及二维材料的热膨胀系的差异，可控性差；将样品转移到柔性的衬底上，通过对其弯曲或者折叠而引起的应变，该方法为最直接也是目前最常用的方法，但由此而产生的应变依赖于柔性衬底的拉伸或压缩，即二维材料的应变取决于衬底的应变，当施加于衬底的力撤销后，衬底将回复为初始的形状，二维材料的应变也将消失；在图案化衬底上转移二维材料，该方法需要应用到高精度的刻蚀手段，增加了额外的加工成本。因此，需要发明一种简洁有效的使二维材料产生应变的方法。

发明内容

发明的目的在于提供一种二维材料压应变工程的激光冲击制备方法，通过激光冲击使铺设于二维材料上的金属颗粒发生形变，在金属颗粒发生形变时对其下的二维材料施加了压应力使二维材料发生形变，对二维材料的能带结构进行调整，进而改善二维材料的电学及光学性能。

为实现上述目的，本发明提供的一种二维材料压应变工程的激光冲击制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在硬质基底上生长或转移单层或少层的二维半导体材料；

(2)在二维材料薄膜上铺设纳米金属颗粒；

(3)使用脉冲激光冲击的方法对金属颗粒进行处理，使金属颗粒发生形变；

(4)金属颗粒发生形变时二维材料受到压应力。

作为优选方案，所述步骤(1)中，硬质基底为Si/SiO₂、Si、石或蓝宝石中的任一种。

进一步地，所述步骤(1)中，在硬质基底上生长或转移单层或少层的二维半导体材料；转移方式为干法转移或湿法转移；二维材料生长方式为物理气相沉积、化学气相沉积或化学氧化还原反应中的任一种。

更进一步地，所述步骤(2)中，在二维材料薄膜上铺设的纳米金属颗粒包括但不限于Au、Ag、Al、Ti、Cu纳米颗粒中的一种。

更进一步地，所述步骤(3)中，使用脉冲激光冲击的方法具体为：