《韩国提出制备大面积、无缺陷嵌段共聚物薄膜新方法 》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2019-06-20
  • 嵌段共聚物自组装形成的薄膜在许多工业领域上都有着潜在的应用前景。其中,人们特别关注使用嵌段共聚物自组装形成大面积的10-100纳米的有序结构,这种方法得到薄膜具有很好地分辨率、功能性和可扩展性,因此有望突破传统光刻技术的局限性。但是,通常通过自组装形成的薄膜缺乏取向的长程有序性,并且在大面积下,薄膜存在较高的缺陷密度。

    定向自组装技术(DSA),包括制图外延法、表面化学图案法和激光辅助图案法,在得到具有有序纳米结构的嵌段共聚物的研究上取得了里程碑式的进展。然而,DSA需要较多的步骤,因而限制了它的工业应用。另外,降低使用DSA制备的纳米图案中的缺陷使其具有实用价值(比如降低到1 ea/cm2)仍有待实验的证明。

    来自蔚山科学技术院的So Youn Kim教授、全南大学的Su-Mi Hur和韩国科学技术院的Seok Joon Kwon教授合作提出了一种新的实验方法,使用这种方法,作者可以在厘米级的区域内得到有序取向的嵌段共聚物自组装薄膜,仅仅经过15分钟的溶剂退火后,缺陷密度可以降低至1.37 ea/μm2左右。相关工作以“Shear-solvo defect annihilation of diblock copolymer thin films over a large area”为题发表在《Science》子刊《Science Advances》上。

    作者所使用的方法如图1所示:首先使用机械剪切力诱导嵌段共聚物发生取向,剪切力能够诱导嵌段共聚物发生宏观有序地排列;然后使用溶剂蒸汽进行退火,溶剂退火可以在不破坏剪切诱导的长程有序性的基础上消除微观的缺陷。作者称这个方法为shear-solvo退火,或SS退火。

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    • 编译者:郭楷模
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    • 记者从南京航空航天大学获悉,中国科学院院士、南京航空航天大学教授郭万林团队,采用全新的基于气相的钙钛矿处理方法,制备出光电转化效率超过18%、超过200平方厘米的钙钛矿太阳能电池。同时,该电池可以持续运行寿命超过4万小时,等效户外运行寿命超25年,刷新世界纪录。这为钙钛矿太阳能电池走向应用提供了新策略。相关论文近日刊发于国际学术期刊《科学》。 新方法突破了以往液相法难以均匀制备大面积钙钛矿电池器件的局限,显著提升了钙钛矿电池的效率和稳定性。论文的第一作者、南京航空航天大学教授赵晓明解释说:“基于液相的钙钛矿电池处理方法,虽然能显著提升小面积电池器件的效率和稳定性,但在制备大面积钙钛矿太阳能电池时,钝化剂和钙钛矿薄膜反应速度不均,导致薄膜钝化效果不佳。” 如何在保持较高光电转化效率的前提下,得到大面积长效稳定的钙钛矿太阳能电池,便成为重大技术挑战。此次研究中,郭万林团队开创性地采用了一种全新的基于气相的处理方法——气相氟蒸汽处理方法。 “气相氟化处理让氟化氢在空气中均匀地分布,与钙钛矿薄膜进行反应,形成稳固的化学键,抑制薄膜缺陷的形成,并锚定薄膜表面附近的阴离子。”郭万林介绍,与传统的液相处理方法相比,氟蒸汽处理让钙钛矿薄膜更均匀地被钝化,从而使薄膜大面积均匀地展现出长的光致发光寿命,同时显著减少了诱发材料降解的缺陷源。 郭万林表示,该研究为制备满足商业化要求的太阳能模组和器件打下了基础,加快了钙钛矿太阳能电池从基础研究到商业化应用的进程。
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    • 来源专题:后摩尔
    • 编译者:shenxiang
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    • 二维层状半导体材料具有几个原子层厚度,同时能够保持较高载流子迁移率,是抑制短沟道效应、进一步缩小晶体管尺寸的重要备选材料。然而,目前制备大面积二维半导体薄膜的方法大多采用不同成核点成核、晶畴生长拼接而成。这种方法会在晶畴之间形成晶界,而且不能保证半导体薄膜100%的覆盖率,从而限制了基于这类薄膜制备的器件的性能和均一性。基于大面积集成电路对于半导体器件性能以及均一性的要求,在器件基底上直接制备晶圆尺寸连续二维半导体单晶材料是产业界、科研界亟待解决的科学和技术问题。 为此, 北京大学叶堉研究员课题组 提出了一种利用相变和重结晶过程制备晶圆尺寸单晶半导体相碲化钼(MoTe2 )薄膜的新方法。过渡金属硫属化合物是二维材料中非常重要的一类。MoTe2由于其金属相(1T&apos)与半导体相(2H)之间的自由能差异非常小,为在MoTe2中实现两个相之间的可控相变提供了基础。实验中,他们首先通过碲化磁控溅射钼膜的方法得到含有碲空位的晶圆尺寸多晶1T&apos相MoTe2薄膜。然后,通过定向转移技术将机械剥离的单晶MoTe2纳米片作为诱导相变的籽晶转移到1T&apos-MoTe2晶圆的正中央,通过原子层沉积的致密氧化铝薄膜隔绝1T&apos相MoTe2薄膜与环境中的Te原子接触抑制其他成核。之后在种子区域内打孔,使种子区域成为Te原子补给并维系1T&apos到2H相变的唯一通道,通过面内二维外延实现了单一成核相变生长的单晶薄膜(图1)。实验中发现,籽晶首先通过1T&apos/2H的垂直界面诱导了种子底部1T&apos相MoTe2的相变,进而形成了面内的1T&apos/2H的异质结继续诱导相变的发生。整个相变过程伴随着以异质界面处2H相MoTe2为模板的重结晶过程,使得相变后的整个薄膜的晶格结构和晶格取向与籽晶完全一致,最终得到晶圆尺寸的单晶MoTe2薄膜。该制备方法通过原子的扩散和重排过程实现,无需以衬底为模板,因此可以在非晶的SiO2衬底上进行,为后续的器件制备提供了基础。 图1a 晶圆尺寸单晶MoTe2薄膜的制备过程示意图。 b 制备的MoTe2薄膜的光学照片。 c 种子区域的STEM表征。 将得到的晶圆尺寸单晶MoTe2作为模板,通过再次蒸镀钼膜以及再次碲化的方法,可以在垂直方向上实现对该晶圆的快速外延,制备二维半导体的块材单晶晶圆。结合晶圆尺寸的二维层状材料的剥离转移技术,有望实现晶圆尺寸单晶单层MoTe2半导体的批量制备。 以该薄膜为沟道材料,结合课题组之前发展的MoTe2相变工程方法制备的大面积1T&apos/2H/1T&apos相面内异质结场效应晶体管阵列,器件体现出100%的良率,并具有很好的电学性能,且其电学性能表现出很好的均一性。 该工作以“Seeded 2D epitaxy of large-area single-crystal films of the van der Waals semiconductor 2H MoTe2”为题,于2021年4月9日在线发表于学术期刊《科学》(Science)上。 论文原文链接: https://science.sciencemag.org/content/372/6538/195.full