Seit der Entstehung des Graphens hat die Familie zweidimensionaler Materialien mit atomarer Dicke (wie Übergangsmetallsulfide, schwarzes Phosphor, sechsseitiges Bornitrid usw.) aufgrund ihrer elektrischen, optischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften einen weltweiten Forschungsboum ausgelöst. Die hohe Qualität, die große Fläche und die kontrollierbare Bereitstellung dieser Materialien ist jedoch eine zentrale Herausforderung und ein Spitzenbereich, dem sie von der Grundlagenforschung zur praktischen Anwendung gegenüberstehen.

Derzeit folgt die Vorbereitung von 2D-Materialien hauptsächlich zwei technologischen Routen "von oben nach unten" und "von unten nach oben", die jeweils Charakteristiken und Anwendungsszenarien haben:

1. Von oben nach unten: mechanische Entfernung und flüssige Entfernung

1, mechanische Entfernung: Verwendung von Band von Blockkristallen wiederholt zu entfernen, kann eine qualitativ hochwertige zweidimensionale Materialplatte erhalten, aber kleine Größe, sehr niedrige Ertrag, hauptsächlich für die grundlegende Materialforschung.

Flüssige Phase-Entfernung: das Blockmaterial in einem bestimmten Lösungsmittel durch Ultraschall oder Schnerkraft in Schichten verteilt, kann eine größere Ausbeute erreichen, geeignet für die Herstellung von Verbundstoffen und Pulsen, aber die gewonnene Schichtdicke ist ungleichmäßig und hat mehr Mängel.

2. Von unten nach oben: Ablagerung chemischer Gase

Dies ist der vielversprechendste Weg zur Herstellung großflächiger, qualitativ hochwertiger 2D-Materialien. Das Prinzip besteht darin, dass Atome auf der Oberfläche des Substrats (wie Kupferfolie, Sapphir) durch chemische Reaktionen von Vorläufergasen (wie Methan, metallorganische Quellen) "in situ" zum Kern werden und zu einem zweidimensionalen Film wachsen.

Der Vorteil der CVD-Technologie besteht darin, dass Wafer-Grad-Monokristalle oder hochwertige Polykristalle hergestellt werden können, die direkt mit bestehenden Halbleiterprozessen kompatibel sind und die Grundlage für den Bau zukünftiger Elektronik legen. Die fortgeschrittene CVD-Technologie kann auch durch Plasma unterstützt werden, um die Wachstumstemperatur effektiv zu senken und die Auswahl an Substraten zu erweitern.

Trotz erheblicher Fortschritte steht die steuerbare Bereitstellung von 2D-Materialien vor vielen Herausforderungen:

1. Großflächige Monokristallvorbereitung: Wie man das Wachstum eines Monokristallfilms auf einem nicht-monokristallinen Substrat mit großer Größe und kristallloser Grenze erreicht, ist eine entscheidende Herausforderung.

Präzise Kontrolle der Anzahl der Schichten: Das gleichmäßige, kontrollierte Wachstum einer bestimmten Anzahl von Schichten (insbesondere einer einzelnen Schicht) ist immer noch ein Forschungsschwerpunkt.

Schädigungsfreie Transfertechnologie: Die qualitativ hochwertige Übertragung des wachsenden 2D-Materials auf das Ziel-funktionelle Substrat ohne Schaden oder Verschmutzung ist ein Flaschenhals bei der Vorbereitung des Geräts.

Entwicklung und Skalierung neuer Materialien: Erforschen Sie neue 2D-Materialien, die über MoS₂ hinausgehen, und entwickeln Sie ihre skalierbaren Herstellungsmethoden.

Die 2D-Materialzubereitungstechnologie ist eine Brücke, die ihre magischen Eigenschaften mit praktischen Anwendungen verbindet. Derzeit bewegt sich das Feld von der frühen Erforschung zur präzisen Steuerung, von kleinen Proben im Labor zur industriellen Massenproduktion. Jeder Durchbruch in der Vorbereitungstechnologie öffnet neue Türen für Anwendungen von 2D-Materialien in den Bereichen Elektronik, Optoelektronik und flexible Geräte der nächsten Generation.