二維范德華異質結為材料物理、電子與光電子半導體器件技術帶來了新的機遇。這種結構通常由層狀材料通過弱范德華力組成，但與傳統三維材料集成時，特別是金屬，會面臨巨大挑戰。傳統的金屬沉積技術會破壞二維材料，導致介面無序和缺陷，進而導致載流子注入效率低和接觸電阻大等問題，阻礙了新物理現象的觀測和二維材料器件技術的發展。當前，開發一種簡單可靠的金屬電極轉移技術，與二維材料器件製備相容，成為當前研究的熱點。近年來，一種基於機械轉移預沉積金屬接觸的策略逐漸興起，通過保持低能量范德華相互作用而非化學鍵來實現金屬電極與二維材料的理想介面和可調節介面勢壘。然而，現有的機械轉移方法仍存在一些問題，如局限於特定金屬、引入額外犧牲層等。
為了解決上述問題，創新工程學院澳門材料科學與工程研究院歐清東助理教授與邢凱健博士後，聯合昆士蘭理工大學Dong-Chen Qi教授、莫納什大學Michael S. Fuhrer院士及國際合作團隊，以澳門科技大學作為第一單位，在ACS Nano上發表題為“Pick-and-Place Transfer of Arbitrary-Metal Electrodes for van der Waals Device Fabrication”的研究論文。
研究團隊開創性地提出了一種通用的拾放任意金屬電極轉移技術，繞開了傳統方法中的犧牲層使用，巧妙地借助了氫化金剛石表面超低粘附性和無懸掛鍵特性，實現了預圖案化金屬的高效剝離與精准轉移至二維半導體材料之上。該技術成功實現了8種不同金屬的精准轉移和釋放，金屬功函數覆蓋4.22 eV-5.65 eV。並且，氫化金剛石襯底無需處理，便可以重複轉移使用，穩定性非常好。最終，通過此轉移電極技術，構建了基於二維過渡金屬硫化物半導體的雙極性場效應電晶體、肖特基勢壘二極體、以及光電探測器等多種功能納米器件。該新型技術具有簡單、可靠、相容性強、可重複使用等優點，為大氣環境敏感型二維材料器件的製備提供了一種新的製造方法，同時也為探索關聯量子態或拓撲態等新物理研究領域開闢了道路。
圖1. 二維半導體器件製造用氫化金剛石輔助任意金屬電極轉移示意圖
圖2. 不同功函數金屬電極轉移前後的光學顯微圖像
圖3. 轉移電極製備的雙極性場效應電晶體、肖特基勢壘二極體和光電探測器
文章網址：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c13592
第一作者：澳門科技大學邢凱健博士、莫納什大學Daniel McEwen與尹越峰博士
通訊作者：澳門科技大學邢凱健博士與歐清東助理教授、昆士蘭理工大學Dong-Chen Qi教授、莫納什大學Michael S. Fuhrer教授
Kaijian Xing, Daniel McEwen, Yuefeng Yin, Weiyao Zhao, Abdulhakim Bake, David Cortie, Jingying Liu, Thi-Hai-Yen Vu, Yi-Hsun Chen, James Hone, Alastair Stacey, Mark T. Edmonds, Nikhil V. Medhekar, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Qingdong Ou, Dong-Chen Qi, and Michael S. Fuhrer,“Pick-and-Place Transfer of Arbitrary-Metal Electrodes for van der Waals Device Fabrication”ACS Nano 2025, DOI: 10.1021/acsnano.4c13592.
