范德华(van der Waals, vdW)材料,如石墨烯、过渡金属硫化物(如MoS?、WSe?)等,因其原子级厚度、优异的电学、光学和机械性能,被认为是未来纳米电子、光电子和量子器件的重要候选材料。然而,这些材料通常通过化学气相沉积(CVD)等方法在非目标衬底上生长,随后需要转移到所需的功能衬底上以实现器件集成。传统的转移方法主要包括使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为支撑层的湿法转移、干法转移以及使用KOH等碱性溶液进行刻蚀的转移方式。这些方法存在以下显著问题:(1)污染和残留物:PMMA等有机支撑层难以完全去除,容易在材料表面留下残留物,影响器件性能。(2)机械损伤:转移过程中易出现裂纹、褶皱或破损,尤其在大面积材料中更为严重。(3)界面耦合问题:传统方法依赖范德华力或毛细力,难以实现材料与衬底之间的可控解耦。(4)材料选择受限:某些衬底(如金属、柔性材料)在传统转移过程中易被腐蚀或不兼容。因此,开发一种高效、清洁、通用且低损伤的范德华材料转移方法,是当前二维材料器件化与集成化面临的关键挑战。
据《Nature》期刊官网9月24日报道,美国麻省理工学院研发提出了一种基于静电排斥力的全新转移机制,突破了传统范德华材料转移中的污染、损伤和兼容性瓶颈。该技术无需蚀刻,高产率、快速、低成本且广泛适用,与CMOS工业兼容。它实现了高材料完整性和界面清洁度,使2D场效应晶体管具有100%产率、7mV低滞后和65.9?mV?dec(-1)理想亚阈值摆幅。结合铋接触,可在1V偏压下实现1.3 mA μm<sup>?1</sup>超高电流。
该方法不仅实现了高质量、大面积、清洁、通用的材料转移,还显著提升了器件性能,展现出广阔的科研与工程应用前景。这为基于范德华材料的电子设备提供了简便且适合量产的制造方案,推动先进的3D集成发展。随着对机理的深入理解和工艺的不断优化,EDL转移技术有望成为二维材料器件制造的标准工艺之一,为实现后摩尔时代的集成电子系统提供关键支撑。