一种基于二次谐波原位监测的扭曲异质结的制备装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于二次谐波原位监测的扭曲异质结的制备装置及其方法，实现全光学、非破坏性的、原位监测二维材料晶体的晶格取向，并可分别对目标样品和待转移样品进行进行角度标定。本发明专利技术能够实现任意角度扭曲异质结的制备，从而能够极大的拓展扭曲器件的设计和制造能力，探索更多新奇物理特性和实现器件的的规模化生产。

A fabrication device and method of twisted heterojunction based on in-situ monitoring of second harmonic

【技术实现步骤摘要】
一种基于二次谐波原位监测的扭曲异质结的制备装置及其方法
本专利技术属于新型电子器件制备领域，特别涉及一种利用二维材料二次谐波型号实现全光学、非破坏性的、原位监测二维材料晶体的晶格取向，并可分别对目标样品和待转移样品进行进行角度标定。
技术介绍
扭曲二维异质结，是指将二维材料或低维材料垂直堆叠在一起，而且层与层之间的晶格取向有一定夹角，例如双层扭曲石墨烯、MX2/MoS2等。这种扭曲二维异质结通过层间的范德华相互作用力及晶格相互作用，会对原有的本征材料的能带结构及关联强度产生极大影响，展现出超导、莫特绝缘、宏观磁性、量子霍尔效应等多种新奇的材料特性，并且这些特性可以通过扭曲角度进行调制，从而具有广泛的研究空间和应用前景。但这种扭曲二维异质结的制备，依然比较困难，且精度比较低，仅能够通过材料的宏观光学外形去判断晶格取向角度，难以识别材料的实际晶轴位置，并且对于材料尺寸有极大的限制【文献1】。常见的晶轴判断方式有透射电镜法和二次谐波光学法，其中透射电镜法的电子束波长比可见光和紫外光短得多，而且能量很高，能够轻松得到样品的晶格排布、厚度和密度等信息，从而解析出整个样品晶体信息，但这种方法会对样品产生极大地破坏性，且制样麻烦、设备造价昂贵，需要专门的操作人员进行操作，无法同扭曲二维异质结的制备过程兼容。对于非中心对称的材料，当入射光照射到材料上时，在二阶非线性极化效应作用下，产生频率为二倍入射光频率的光信号输出，即所谓二维谐波非线性光学效应。而对于二维材料体系，二次谐波效应与材料的晶体结构的对称性直接相关，其强度对材料的晶格对称性等非常敏感，通过探测二次谐波的强度随角度变化的分布图，就能解析出对应晶体结构，具有无损、简单快捷、应用范围广等特点，能够实现各种复杂环境中的材料进行非接触测量，且能够分析局域的应变情况。但该方法目前通常用在样品测试分析阶段，并没有同样品制备过程有机结合，并且测试样品台设计较简单，无法满足多轴精密移动的要求【文献2】。其中，文献1：扭转双层石墨烯物理性质、制备方法及其应用的研究进展，ActaPhysicaSinica,67,246802(2018)；文献2：一维/二维半导体纳米结构的二次谐波和双光子吸收特性研究，刘为为，华中科技大学博士论文，2017年。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对上述不足，提出了一种基于二次谐波原位监测的扭曲异质结的制备装置及其方法，实现全光学、非破坏性的、原位监测二维材料晶体的晶格取向，并可分别对目标样品和待转移样品进行进行角度标定，能够实现任意角度扭曲二维异质结的制备，从而能够极大的拓展扭曲器件的设计和制造能力，探索更多新奇物理特性和实现器件的的规模化生产。技术方案：一种基于二次谐波原位监测的扭曲异质结的制备装置，包括：目标样品台（1），用于放目标样品的衬底，并根据扭曲角度需要转动目标样品；转移样品台（2），用于将转移样品转移至目标样品台（1）的目标样品上方，并将转移样品贴合在目标样品上；二次谐波信号激发光路，用于不同偏振方向的入射激光信号入射至目标样品或转移样品上，激发出相应的二次谐波信号；二次谐波信号收集光路，用于收集入射激光信号激发的二次谐波信号，并传输至二次谐波信号探测器；二次谐波信号探测器（8），用于对二次谐波信号收集光路收集的二次谐波信号进行探测得到相应偏振方向的入射激光信号的二次谐波信号强度。在所述目标样品台内设有加热装置，在所述目标样品台（1）上设有压覆有手撕或CVD二维材料目标样品的衬底，在所述转移样品台（2）上设置有转移样品夹具（23），在所述转移样品夹具（23）的下底面贴有热释放胶，在所述热释放胶上压覆有通过手撕或CVD法制得的二维材料样品，所述热释放胶没有样品的那一侧贴在所述转移样品夹具的下底面。所述二次谐波信号激发光路为反射式光路，包括聚焦物镜（3）、第二分束器（4）、滤光片组（5）、第一分束器（6）、信号汇聚物镜（7）以及明场成像CCD（9）；在所述目标样品台（1）的上方设置所述聚焦物镜（3），在所述聚焦物镜（3）上方设置所述第二分束器（4），所述第二分束器（4）的安装角度为45°，在所述第二分束器（4）上方设置所述滤光片组（5），在所述滤光片组（5）上方设置所述第一分束器（6），所述第一分束器（6）的安装角度为45°，在所述第一分束器（6）上方设置所述信号汇聚物镜（7），在所述信号汇聚物镜（7）上方设置所述二次谐波信号探测器（8），所述信号汇聚物镜（7）的焦平面落在所述二次谐波信号探测器（8）的入口端口上，在所述第一分束器（6）的出口处设置有明场成像CCD（9）。所述二次谐波信号激发光路为投射式光路，包括激发信号聚焦物镜（31）、第三分束器（10）、明场成像CCD（9）、信号收集聚焦物镜（32）、滤光片组（5）以及信号汇聚透镜（7）；在所述目标样品台（1）上设有目标样品夹具（13），在所述目标样品夹具（13）上设有压覆有手撕或CVD二维材料样品的衬底；所述激发信号聚焦物镜（31）设置在所述目标样品夹具（13）上衬底的正下方，在所述激发信号聚焦物镜（31）设有安装角度为45°的第三分束器（10），在所述第三分束器（10）的出口处设置所述明场成像CCD（9）；所述信号收集聚焦物镜（32）设置在所述目标样品夹具（13）上衬底的正上方，在所述信号收集聚焦物镜（32）上方设置所述滤光片组（5），在所述滤光片组（5）上方设置所述信号汇聚物镜（7），在所述信号汇聚物镜（7）上方设置所述二次谐波信号探测器（8）。所述目标样品台（1）安装在目标样品旋转台（12）上，目标样品旋转台（12）安装在目标样品电动台（11）上；所述转移样品台包括转移样品电动台（21）及安装在所述转移样品电动台（21）上的转移样品旋转台（22）。所述目标样品台（1）上放置的衬底为SiO2/Si衬底、云母衬底、铜网衬底或蓝宝石衬底。所述热释放胶为PDMS、PC或PPC。一种于二次谐波原位监测的扭曲异质结的制备方法，包括步骤：（1）将手撕或CVD二维材料样品压覆在衬底上，并将衬底放置在目标样品台上；（2）通过二次谐波信号激发光路引入不同偏振方向的入射激光信号，聚焦在目标样品表面；（3）目标样品激发出的二次谐波信号经过二次谐波信号收集光路进入二次谐波信号探测器，记录下相应偏振方向的入射激光信号的二次谐波信号强度；并据此绘制二次谐波强度随入射激光信号偏振角的变化关系图，解析出此时目标样品的晶轴曲线，并对应记录下特征信号强度峰对应目标样品旋转台位置𝜃1，𝜃2…𝜃n-1，𝜃n；n是指特征峰的编号；（4）通过手撕或CVD法制得二维材料转移样品后，将转移样品压覆在热释放胶上，并将热释放胶没有样品的那一侧贴在在转移样品夹具下底面；（5）通过二次谐波信号激发光路引入不同偏振方向的入射激光信号，聚焦在转移样品表面；（6）转移样品激发出的二次谐波信号经过二次谐波信号收集光路进入二次谐波信号探测器，记录下相应偏振方向的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二次谐波原位监测的扭曲异质结的制备装置，其特征在于：包括：/n目标样品台（1），用于放目标样品的衬底，并根据扭曲角度需要转动目标样品；/n转移样品台（2），用于将转移样品转移至目标样品台（1）的目标样品上方，并将转移样品贴合在目标样品上；/n二次谐波信号激发光路，用于不同偏振方向的入射激光信号入射至目标样品或转移样品上，激发出相应的二次谐波信号；/n二次谐波信号收集光路，用于收集入射激光信号激发的二次谐波信号，并传输至二次谐波信号探测器；/n二次谐波信号探测器（8），用于对二次谐波信号收集光路收集的二次谐波信号进行探测得到相应偏振方向的入射激光信号的二次谐波信号强度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于二次谐波原位监测的扭曲异质结的制备装置，其特征在于：包括：
目标样品台（1），用于放目标样品的衬底，并根据扭曲角度需要转动目标样品；
转移样品台（2），用于将转移样品转移至目标样品台（1）的目标样品上方，并将转移样品贴合在目标样品上；
二次谐波信号激发光路，用于不同偏振方向的入射激光信号入射至目标样品或转移样品上，激发出相应的二次谐波信号；
二次谐波信号收集光路，用于收集入射激光信号激发的二次谐波信号，并传输至二次谐波信号探测器；
二次谐波信号探测器（8），用于对二次谐波信号收集光路收集的二次谐波信号进行探测得到相应偏振方向的入射激光信号的二次谐波信号强度。


2.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于：在所述目标样品台内设有加热装置，在所述目标样品台（1）上设有压覆有二维材料目标样品的衬底，在所述转移样品台（2）上设置有转移样品夹具（23），在所述转移样品夹具（23）的下底面贴有热释放胶，在所述热释放胶上压覆有通过手撕或CVD法制得的二维材料样品，所述热释放胶没有样品的那一侧贴在所述转移样品夹具的下底面。


3.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于：所述二次谐波信号激发光路为反射式光路，包括聚焦物镜（3）、第二分束器（4）、滤光片组（5）、第一分束器（6）、信号汇聚物镜（7）以及明场成像CCD（9）；
在所述目标样品台（1）的上方设置所述聚焦物镜（3），在所述聚焦物镜（3）上方设置所述第二分束器（4），所述第二分束器（4）的安装角度为45°，在所述第二分束器（4）上方设置所述滤光片组（5），在所述滤光片组（5）上方设置所述第一分束器（6），所述第一分束器（6）的安装角度为45°，在所述第一分束器（6）上方设置所述信号汇聚物镜（7），在所述信号汇聚物镜（7）上方设置所述二次谐波信号探测器（8），所述信号汇聚物镜（7）的焦平面落在所述二次谐波信号探测器（8）的入口端口上，在所述第一分束器（6）的出口处设置有明场成像CCD（9）。


4.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于：所述二次谐波信号激发光路为投射式光路，包括激发信号聚焦物镜（31）、第三分束器（10）、明场成像CCD（9）、信号收集聚焦物镜（32）、滤光片组（5）以及信号汇聚透镜（7）；
在所述目标样品台（1）上设有目标样品夹具（13），在所述目标样品夹具（13）上设有压覆有手撕或CVD二维材料样品的衬底；
所述激发信号聚焦物镜（31）设置在所述目标样品夹具（13）上衬底的正下方，在所述激发信号聚焦物镜（31）设有安装角度为45°的第三分束器（10），在所述第三分束器（10）的出口处设置所述明场成像CCD（9）；所述信号收集聚焦物镜（32）设置在所述目标样品夹具（13）上衬底的正上方，在所述信号收集聚焦物镜（32）上方设置所述滤光...

【专利技术属性】
技术研发人员：雎长城，蒋尚池，
申请(专利权)人：南京迈塔光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32