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工艺解决方案
二维材料

什么是二维材料?

二维材料处于薄膜尺寸的极限,厚度可以降至一个原子层。这些材料展示出了极佳的电学和光电特性。今天的研究人员正试图利用这些特性开发应用于电子学、光电子学和能源的下一代新型器件。

石墨烯开启了对这些超薄材料的探索和应用,同时也为氮化物(hBN)和过渡金属卤化物(如MoS2、WSe2)等其他二维材料的探索和应用开辟了广阔的领域。虽然这些材料能够在自然界中找到,并且可从大块晶体中剥离出来,但基于化学气相沉积的生长技术使未来研发的器件易于规模化生产。

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二维材料制备:石墨烯电光调制器制备工艺

标注为橙色的工艺显示了牛津仪器技术所涵盖的解决方案。

二维材料的应用

二维材料具有极佳的电学和光电特性,目前研究人员正致力于将其开发成为下一代新型器件,应用于电子学、光电子学和柔性器件等领域。

二维材料在各个方面都有其应用价值。根据应用领域的不同,比如可针对晶体管设计出具有高迁移率的单层材料,或面向催化应用(如分裂水)来设计多方向的多层材料。

二维材料解决方案

诸如石墨烯、二硫化钼(MoS2)或六方氮化硼(hBN)等二维材料可用于提高现有器件性能或构建新的器件结构。目前,具有独特性能的FETs、电池和滤波器已经研发出来。

工艺案例

牛津仪器等离子体技术公司长期致力于广泛的工艺研发,从高温CVD到低温ALD工艺,均拥有丰富的开发经验。

石墨烯

本工艺适用于通过化学气相沉积(CVD)获得的石墨烯。

  • 负载-锁定系统提供更高的生产效率,无需冷却生长腔室即可交换样品
  • 该工艺需要氦气吹扫
  • 由拉曼光谱峰的二维分析法判断石墨烯层的存在
  • 单层石墨烯可通过拉曼光谱加以确认
Characteristic Raman peaks for graphene
Graphene EO Modulators for Datacom diagram

数据通信用石墨烯电光调制器


二维hBN

本工艺适用于通过化学气相沉积(CVD)获得的氮化硼。为了进行工艺演示,以B2H6作为硼源,NH3为氮源,Cu/Ni箔为催化衬底。

  • 生长温度>900°C
2D hBN Raman shift 2D hBN

二维MoS2 和 TMDs

我们提供配备前驱气体传送模块的PECVD系统,用于生长MoS2、WS2等二维材料层。

出色的厚度控制,且缺陷少、光致发光强  

高质量MoS2:

  • AFM结果显示了精确定义的台阶高度和光滑、均匀的薄膜
  • 拉曼光谱表明沉积了一个单层,其特征峰间距为1cm-1
Characteristic Raman peaks for 2D MoS2

石墨烯的PECVD沉积

利用等离子体增强型化学气相沉积法在电介质衬底上直接生长纳米晶体石墨烯。

  • 生长温度> 900°C

2D Heterostructures二维异质结构

二维MoS2-石墨烯异质结构的原位生长

我们提供配备前驱气体传送模块的CVD/PECVD/远程等离子体(ICP)CVD系统,用于二维多层材料生长以及石墨烯、MoS2、WS2等材料的异质结构生长。

包括三个工艺步骤:

  • 步骤1在铜上生长石墨烯
  • 步骤2将石墨烯从Cu转移到SiO2
  • 步骤3在转移至SiO2上的石墨烯上生长MoS2

工艺特性:

  • 生长温度>900°C
  • 由拉曼光谱确认单层MoS2的形成
  • 沉积时间对确保形成完整的MoS2单层至关重要
  • MoS2在石墨烯上的沉积温度及其质量对于MoS2工艺中石墨烯的稳定性至关重要
Raman shift of MoS<sub>2</sub> Raman shift of WS<sub>2</sub>

垂直型石墨烯

  • 生长温度600°C-900°C
  • 负载-锁定系统提供更高的生产效率,无需冷却生长室即可交换进行样品
  • 该工艺需要氦气吹扫
  • 成核效果取决于下层衬底和碳源的组合形式 (Carbon, 2013, Vol. 58, 59–65)
Structure of PECVD vertical Graphene

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二维材料的等离子体工艺解决方案

针对二维材料的原子层沉积方法,牛津仪器FlexAL系统可以进行特殊配置,以提供二维过渡金属卤化物(例如MoS2)的生长工艺。FlexAL是生长用于硫化的金属氧化物种子层,高k电介质沉积,表面预处理和二维材料封装的理想选择。

  • 同一腔室中灵活选择远程等离子体&热ALD工艺
  • 远程等离子体系统可维持较低的材料损坏
  • 菜单驱动软件界面,实现工艺的可控、可重复性
  • 在材料和前驱气的选择上具有最大的灵活性

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FlexAL ALD system

FlexAL ALD 系统 适用于除石墨烯以外的多种二维材料。

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