نحت المواد ثنائية الأبعاد / تصميم مواد ثنائية الأبعاد

نحت المواد ذات الأبعاد المنخفضة يشير إلى عملية نحت المواد ثنائية الأبعاد (مثل الجرافين، ثنائي الكبريتيد الموليبدينوم، إلخ) والمواد أحادية البعد (مثل سلاسل النانو، أنابيب النانو، إلخ). الهدف من نحت المواد ذات الأبعاد المنخفضة هو إعداد هياكل نانوية ذات أشكال وأحجام محددة، وذلك لتحقيق التحكم والتحسين في خصائص المادة وأداء الجهاز. يتم نحت المواد ذات الأبعاد المنخفضة عادة باستخدام طرق النحت الكيميائي. حيث تستخدم réactions كيميائية لمعالجة المواد، ومن الأساليب الكيميائية الشائعة للنحت نجد النحت الرطب والنحت الجاف.

تتمثل الصعوبات الرئيسية في النقش على المواد ذات الأبعاد المنخفضة في ما يلي: 1. اختيار عملية النقش: تتطلب المواد ذات الأبعاد المنخفضة شروط نقش مختلفة بناءً على خصائص المادة المحددة، ويجب اختيار ظروف النقش المناسبة مثل غاز النقش، القوة، الزمن، وما إلى ذلك. 2. جودة النقش: تؤثر جودة النقش على المواد ذات الأبعاد المنخفضة بشكل مباشر على أدائها وتطبيقاتها، ويجب التحكم في معدل وعمق النقش لتجنب الإفراط أو النقصان في النقش. 3. انتظامية النقش: تعتبر انتظامية النقش على المواد ذات الأبعاد المنخفضة أمرًا حاسمًا لإعداد أجهزة عالية الجودة، ويجب التحكم في العوامل مثل درجة الحرارة، سرعة تدفق الغاز، والضغط أثناء عملية النقش لضمان الانتظامية. 4. المعالجة بعد النقش: بعد عملية النقش، يجب تنظيف ومعالجة العينة لإزالة منتجات النقش والغازات المتبقية، مما يضمن جودة السطح واستقرار العينة.

المواد الشبه موصلة ثنائية الأبعاد ذات الأغشية الرقيقة تشير إلى مواد ثنائية الأبعاد جديدة ذات سمك طبقة ذرية واحدة أو عدد قليل من الطبقات الذرية، والتي تتشكل بشكل رئيسي بواسطة الروابط التساهمية.

تشمل principalmente:

1. الجرافين، h-BN؛

2. أكسيد المعادن الانتقالية؛

3. TMCs، MX ₂（M=Mo, W, Re, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Pt, Pd, Fe؛ X=S, Se, Te)، MoS ₂، WS ₂；إلخ.

4. المواد القائمة على الكبريت جزئية III/IV/V وغيرها.

كانت الدراسات المبكرة حول المواد الرقيقة ثنائية الأبعاد، وخاصة مواد الجرافين، تركز بشكل أساسي على طرق إعداد المواد ثنائية الأبعاد مثل التجريف الميكانيكي، والاختزال، والترسيب، بالإضافة إلى دراسة خصائص المواد. مع التقدم المستمر في إعداد مواد غشاء ثنائية الأبعاد كبيرة الحجم، بدأ الناس في التركيز على إعداد الأجهزة. تعتبر عملية تقليل سماكة المواد ثنائية الأبعاد وتشكيلها مفتاحًا لإعداد الأجهزة ثنائية الأبعاد. يحتوي الأسلوب التقليدي لتجفيف البلازما شبه الموصلة على عيبين قاتلين عند تقليل سمك وتشكيل المواد ثنائية الأبعاد:

1. لا يمكن للسرعة الزائدة للتآكل أن تلبي متطلبات التآكل الدقيق والاستقرار للطبقات الذرية للمواد ثنائية الأبعاد (مستوى تحت النانومتر).

2. يمكن أن يتسبب القصف بالأشعة عالية الطاقة في حدوث أضرار هيكلية في المواد ثنائية الأبعاد، مما يؤدي إلى عيوب في المادة

الخصائص التي يجب أن تمتلكها آلة حفر متخصصة للمواد ثنائية الأبعاد هي:

1. التحكم في قوة الإخراج على مستوى المليواط؛

2. يجب التحكم في القوة الابتدائية الدنيا تحت 5 واط؛

3. التحكم في الحفر طبقة تلو الأخرى، بمعدل حفر يمكن التحكم فيه بدقة بين 0.3 و10 طبقات في الدقيقة

4. يمكن أن تكون طاقة الأيونات المستخدمة لقصف العينة منخفضة مثل 10 إلكترون فولت أو أقل

حل تفتيت المواد ثنائية الأبعاد - SHL 100 μ/200 μ - RIE

طورنا جهاز SHL 100 μ/200 μ - RIE بناءً على تقنية البلازما الدقيقة لمعالجة قضايا تطبيقية لتخطيط المواد ثنائية الأبعاد المذكورة أعلاه. يستخدم الجهاز لتفتيت تخفيض الطبقات وتفتيت التخطيط للمواد ثنائية الأبعاد مثل الجرافين. يظهر الشكل 2 مظهر جهاز تفتيت المواد ثنائية الأبعاد.

التطبيقات الرئيسية لأجهزة تفتيت المواد ثنائية الأبعاد هي:

1. تفتيت تقشير المواد ثنائية الأبعاد لإعداد عينات مواد ثنائية الأبعاد ذات طبقة واحدة أو عدد قليل من الطبقات

2. نحت أنماط المواد ثنائية الأبعاد لإعداد أجهزة المواد ثنائية الأبعاد

3. معالجة تعديل المواد ثنائية الأبعاد

مؤشرات الأداء الأساسية لجهاك نحت المواد ثنائية الأبعاد:

1. يمكنه التعامل مع العينات بحجم يصل إلى أربع بوصات / ثمانية بوصات وأصغر؛

2. نحت بلازما فائق الضعف: يمكنه تحقيق قوة عملية منخفضة تصل إلى 3 واط (@lectrode 100 مم)، RF (@ 13.56 MHz)، بدENSITY كثافة طاقة تصل إلى 38 ميلي واط/سم² ودقة قوة الإخراج أقل من 0.1 واط؛

3. يمكن أن تكون طاقة الأيونات المستخدمة في قصف العينة منخفضة تصل إلى 10 إلكترون فولت;

4. يمكنها تحقيق التآكل الدقيق والمستقر لطبقة الذرات من 0.1 طبقة/دقيقة إلى 1 طبقة/دقيقة;

التكوين الرئيسي للجهاز الخاص بتآكل المواد ثنائية الأبعاد هو:

1. يمكن تجهيزه بـ 3 إلى 8 غازات عملية وتحكم رقمي باستخدام MFC المغلق معدنيًا;

2. باستخدام ألومنيوم الدرجة شبه الموصلة 6061 كمادة للغرفة العملية لتجنب تلويث العينة بالعناصر foreign الموجودة في مواد الفولاذ المقاوم للصدأ;

3. يمكن تكوين غرفة قفل الحمل، ويمكن للفراغ الخلفي لغرفة العملية أن يصل إلى 4 × 10-4 با؛

4. التحكم الكامل في العملية بشكل أوتوماتيكي، وإدارة تسجيل الدخول للمستخدمين حسب المستويات، وتسجيل بيانات العملية الشاملة وحالة آلة الوقت الفعلي، وإدارة مكتبة العمليات واستدعاء الوصفات، وإدارة دورة حياة المكونات والفحص الذاتي للأعطال.

نتائج الرسوم البيانية لجهاك إزالة مواد ثنائية الأبعاد:

SHL100μ-RIE، 38 ميلي واط/سم ², 10 ثوانٍ: تنظيف بقايا على سطح الطبقات القليلة المتقشرة من MoS ₂. 

من فريق سون جيان وليو شياوتشي، كلية الفيزياء والإلكترونيات في جامعة تشونغنان.

SHL100μ-RIE، 51 ميلي واط/سم ²، 3 ثوانٍ: تقطيع موسي ₂طبقة بطبقة.

من فريق سون جيان وليو شياوتشي، كلية الفيزياء والإلكترونيات في جامعة تشونغنان.

SHL100μ-RIE، 0.5 واط/سم ²: طبقة石رAPHENE بالتقسيط.

من فريق سون جيان وليو شياوتشي، كلية الفيزياء والإلكترونيات في جامعة تشونغنان.

SHL100μ-RIE، 140 ميلي واط/سم ²: WSe ₂تلوث من نوع p.

من فريق سون جيان وليو شياوتشي، كلية الفيزياء والإلكترونيات في جامعة تشونغنان.

SHL100μ-RIE، 0.5 واط/سم ²: طبقة石رAPHENE بالتقسيط.

من فريق سون جيان وليو شياوتشي، كلية الفيزياء والإلكترونيات في جامعة تشونغنان.

SHL100μ-RIE، نحت WS ₂طبقة بطبقة.

من فريق شيو فاي لي، كلية جامعة هوازهونغ للتكنولوجيا والعلوم.

SHL100μ-RIE، نحت طبقة الجرافين تدريجيًا.