二维范德华异质结为材料物理、电子与光电子半导体器件技术带来了新的机遇。这种结构通常由层状材料通过弱范德华力组成，但与传统三维材料集成时，特别是金属，会面临巨大挑战。传统的金属沉积技术会破坏二维材料，导致接口无序和缺陷，进而导致载流子注入效率低和接触电阻大等问题，阻碍了新物理现象的观测和二维材料器件技术的发展。当前，开发一种简单可靠的金属电极转移技术，与二维材料器件制备兼容，成为当前研究的热点。近年来，一种基于机械转移预沉积金属接触的策略逐渐兴起，通过保持低能量范德华相互作用而非化学键来实现金属电极与二维材料的理想接口和可调节接口势垒。然而，现有的机械转移方法仍存在一些问题，如局限于特定金属、引入额外牺牲层等。
为了解决上述问题，创新工程学院澳门材料科学与工程研究院欧清东助理教授与邢凯健博士后，联合昆士兰理工大学Dong-Chen Qi教授、莫纳什大学Michael S. Fuhrer院士及国际合作团队，以澳门科技大学作为第一单位，在ACS Nano上发表题为“Pick-and-Place Transfer of Arbitrary-Metal Electrodes for van der Waals Device Fabrication”的研究论文。
研究团队开创性地提出了一种通用的拾放任意金属电极转移技术，绕开了传统方法中的牺牲层使用，巧妙地借助了氢化金刚石表面超低粘附性和无悬挂键特性，实现了预图案化金属的高效剥离与精准转移至二维半导体材料之上。该技术成功实现了8种不同金属的精准转移和释放，金属功函数覆盖4.22 eV-5.65 eV。并且，氢化金刚石衬底无需处理，便可以重复转移使用，稳定性非常好。最终，通过此转移电极技术，构建了基于二维过渡金属硫化物半导体的双极性场效应晶体管、肖特基势垒二极管、以及光电探测器等多种功能纳米器件。该新型技术具有简单、可靠、兼容性强、可重复使用等优点，为大气环境敏感型二维材料器件的制备提供了一种新的制造方法，同时也为探索关联量子态或拓扑态等新物理研究领域开辟了道路。
图1. 二维半导体器件制造用氢化金刚石辅助任意金属电极转移示意图
图2. 不同功函数金属电极转移前后的光学显微图像
图3. 转移电极制备的双极性场效应晶体管、肖特基势垒二极管和光电探测器
文章网址：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c13592
第一作者：澳门科技大学邢凯健博士、莫纳什大学Daniel McEwen与尹越峰博士
通讯作者：澳门科技大学邢凯健博士与欧清东助理教授、昆士兰理工大学Dong-Chen Qi教授、莫纳什大学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.
