在2D材料上的分子的组装以及电子设备制造技术

本发明专利技术涉及用于在形成在基底(102)上的二维材料(104)的表面上组装分子(108)的方法，该方法包括：在二维材料的表面上形成包括电绝缘化合物或半导体化合物中的至少一种的间隔层(106)，在间隔层上沉积分子，在升高的温度下对具有间隔层和分子的基底进行退火持续退火时间段，其中，温度和退火时间为使得分子的至少一部分被允许通过间隔层朝向二维材料的表面扩散以在二维材料的表面上组装。本发明专利技术还涉及电子设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在2D材料上的分子的组装以及电子设备
本专利技术涉及一种用于在形成在基底上的二维材料的表面上组装分子的方法。本专利技术还涉及一种电子设备。
技术介绍
近来已经提出了在二维材料(2D材料)例如石墨烯上组装有机分子以提供增强的2D材料的电子特性的可能性。在2D材料上的分子的组装还可以提供用于创建具有在裸2D晶体中不可用的特性的新型2D材料的手段。似乎2D晶体上的分子的组织和构象可以通过2D材料与沉积的分子之间的相互作用而影响2D材料的电子结构。然而，重要的是分子在2D材料上形成层而不是形成紧密堆积的岛。传统上，在超高真空(UHV)条件下将分子沉积至2D材料上。然而，通过在UHV条件下分子升华到2D材料上而制备的分子-2D材料复合物在化学上不稳定，并且分子-2D材料复合物在暴露于环境条件下时会劣化，并且这使分子-2D材料对于一些实现方式例如采用掺杂的2D材料的实现方式中的使用复杂化，其中可以通过对在2D材料的表面上的掺杂剂分子的组装来实现掺杂。因此，在用于制备在2D材料表面上具有分子层的2D材料的复合材料的工艺中存在改进的空间。还似乎需要这种具有改进的化学稳定性的复合材料。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述缺点和其他缺点，本专利技术的目的是提供允许制备在2D材料上包括分子层的复合物的方法，该复合物不仅在超高真空和低温下化学稳定，而且还在较高温度和压力条件例如环境条件下化学稳定。根据本专利技术的第一方面，因此提供了一种用于在形成在基底上的二维材料的表面上组装分子的方法，该方法包括：在二维材料的表面上形成包括电绝缘化合物或半导体化合物中的至少一种的间隔层，在间隔层上沉积分子，在升高的温度下对具有间隔层和分子的基底进行退火持续退火时间段，其中，温度和退火时间为使得分子的至少一部分被允许通过间隔层朝向二维材料的表面扩散以在二维材料的表面上组装。本专利技术基于以下实现：允许分子通过间隔层扩散以在二维材料的表面上组装。因此，分子不直接沉积在2D材料的表面上；而是首先在2D材料上形成间隔层。接下来，将分子沉积在间隔层上并且在退火处理期间在预定温度下通过间隔层朝向2D材料的表面扩散持续预定时间段。根据本专利技术的构思，在沉积分子时不需要超高真空。此外，间隔层提供用于使在2D材料的表面上组装的分子嵌入，这至少部分地负责提供在2D材料的表面上的分子组装的化学稳定性。根据本专利技术构思的2D材料优选地仅包括单个原子层或者一个或更多个原子种类的仅几个原子层。形成间隔层的电绝缘化合物或半导体化合物可以是在退火处理期间允许分子通过化合物的扩散的任何这样的化合物。间隔层优选地为固体间隔层。在一些可能的实现方式中，半导体化合物可以为宽带隙半导体。宽带隙半导体可以具有大于2eV的带隙。应当广义地解释退火温度在升高的温度下，但是优选地高于室温。退火时间和温度可以基于若干因素例如间隔层的化合物的特性。通常，间隔层的化合物与退火时间和温度之间的相互作用应当使得在退火期间分子被允许通过间隔层扩散。在一些实施方式中，在分子已经沉积在间隔层上之后，利用包括电绝缘化合物的至少一个封装层对间隔层进行封装。因此，沉积在间隔层上的分子设置有封装，这有利地提供对2D材料上的分子组装的进一步改善的化学稳定性。封装层可以包括与间隔层相同的化合物。根据另外的实施方式，在封装层上可以沉积至少一个金属层。金属层阻碍分子从2D材料的表面逃逸，并且也阻碍分子从间隔层逃逸，特别地当间隔层为聚合物基质时，从而提供进一步改善的稳定性。在一些可能的实施方式中，间隔层中的电绝缘化合物可以包括聚合物，其中，退火温度高于电绝缘聚合物的玻璃化转变温度。高于玻璃化转变温度的退火有利地允许分子更快地通过间隔层扩散。根据本专利技术的实施方式，分子可以为分子掺杂剂，其中，分子掺杂剂通过间隔层朝向二维材料的表面扩散以在二维材料的表面上组装，从而对二维材料进行掺杂。因此，提供了在环境条件下以稳定的方式对二维材料进行掺杂的方法。以这种方式，可以提供高迁移率和稳定的2D材料。退火时间和退火温度可以基于二维层的期望掺杂度。间隔层的形成可以以各种方式执行。在一个实现方式中，形成间隔层包括：利用包括电绝缘聚合物的液体涂覆二维材料的层，以及在高于绝缘聚合物的玻璃化转变温度的温度下对包括二维材料的经涂覆的基底进行退火持续第二时间段，以在二维材料上形成间隔层。由此，提供了用于形成间隔层的相对简单的方法。可以将包括电绝缘聚合物的液体例如旋涂至基底上的二维材料上。然而，包括电绝缘聚合物的液体还可以通过将基底浸入液体中或者将液体喷涂至2D材料上来施加。旋涂提供了一种用于利用液体涂覆二维材料的简单而可靠的方法。根据其他可能的实现方式，可以通过借助于物理气相沉积或化学气相沉积中的至少一种来沉积电绝缘聚合物来形成间隔层。在间隔层上沉积分子可以包括利用包括电绝缘聚合物和分子的液体溶液涂覆间隔层。这允许针对在间隔层上沉积分子的相对简单的制备。此外，其允许以与间隔层类似的方式利用包括电绝缘聚合物和分子掺杂剂的液体溶液对间隔层进行旋涂。另外，通过将分子嵌入至合适的聚合物基质中以形成聚合物共混掺杂剂层来进一步改善空气中的化学稳定性。液体溶液中分子的浓度基于其分子质量和密度来选择。例如，液体溶液中分子掺杂剂的浓度按重量计可以为至少0.2％，例如0.5％、0.8％、1％或2％。间隔层可以有利地将二维材料封装在基底上。由此，在2D材料的表面上组装的分子更可靠地保持在表面上。间隔层的厚度为至少5nm。例如，间隔层可以为约100nm、200nm、或甚至500nm、700nm或1微米。电绝缘聚合物中的至少一种包括PMMA或PMMA的共聚物。二维材料可以为从其母体材料剥离的任何二维材料。在可能的实现方式中，二维材料为外延石墨烯。石墨烯可以通过化学气相沉积来产生。基底优选地为碳化硅，特别地在二维材料为外延石墨烯的情况下。可以使用各种类型的分子掺杂剂并且在权利要求的范围内，然而，在一种可能的实现方式中，分子掺杂剂为四氟-四氰基喹啉二甲烷(F4TCNQ)和四氰基喹啉二甲烷(TCNQ)中的至少一种。根据本专利技术的第二方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括：基底；形成在基底上的二维材料；在二维材料的表面上的间隔层，该间隔层包括电绝缘化合物或半导体化合物中的至少一种；形成在间隔层上的电绝缘化合物和分子的层；形成在包括分子的层上的封装层，该封装层包括电绝缘化合物或半导体化合物中的至少一种；形成在封装层上的金属层，其中，在二维材料的层上组装与间隔层上的层中的分子具有相同种类的分子的层。分子可以为分子掺杂剂，由此在间隔层上的分子掺杂剂从而引起对二维材料的掺杂。分子掺杂剂有利地引起二维材料的迁移率的增加。当分子掺杂剂已经通过间隔层扩散时，所述分子掺杂剂有利地布置在二维材料的表面上，这引起所谓的调制掺杂。此外，如果从根据本专利技术构思的第二方面的实施方式的电子设备中移除封装层，则可以观察到二维材料的电子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在形成在基底(102)上的二维材料(104)的表面上组装分子(108)的方法，所述方法包括：/n-在所述二维材料的表面上形成包括电绝缘化合物或半导体化合物中的至少一种的间隔层(106)，/n-在所述间隔层上沉积分子，/n-在升高的温度下对具有间隔层和所述分子的所述基底进行退火持续退火时间段，其中，温度和退火时间为使得所述分子的至少一部分被允许通过所述间隔层朝向所述二维材料的表面扩散以在所述二维材料的表面上组装。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171222 SE 1751625-31.一种用于在形成在基底(102)上的二维材料(104)的表面上组装分子(108)的方法，所述方法包括：
-在所述二维材料的表面上形成包括电绝缘化合物或半导体化合物中的至少一种的间隔层(106)，
-在所述间隔层上沉积分子，
-在升高的温度下对具有间隔层和所述分子的所述基底进行退火持续退火时间段，其中，温度和退火时间为使得所述分子的至少一部分被允许通过所述间隔层朝向所述二维材料的表面扩散以在所述二维材料的表面上组装。


2.根据权利要求1所述的方法，包括：
-在所述分子已经沉积在所述间隔层上之后，利用包括电绝缘化合物的至少一个封装层(114)对所述间隔层进行封装。


3.根据权利要求2所述的方法，包括：
-在所述封装层上沉积至少一个金属层(116)。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述间隔层中的电绝缘化合物为聚合物，其中，退火温度高于电绝缘聚合物的玻璃化转变温度。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述分子为分子掺杂剂，其中，所述分子掺杂剂通过所述间隔层朝向所述二维材料的表面扩散以在所述二维材料的表面上组装，从而对所述二维材料进行掺杂。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述退火时间和退火温度基于二维层的期望掺杂度。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，形成所述间隔层包括：
-利用包括电绝缘聚合物的液体涂覆二维材料的层，以及
-在高于所述电绝缘聚合物的玻璃化转变温度的温度下对包括所述二维材料的经涂覆的基底进行退火持续第二时间段，以在所述二维材料上形成所述间隔层。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，将包括电绝缘聚合物的液体旋涂至所述基底上的所述二维材料上。


9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，形成所述间隔层包括通过物理气相沉积或化学气相沉积中的至少一种来沉积所述电绝缘聚合物。


10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述间隔层上沉积分子包括：
-利用包括电绝缘聚合物和所述分子的液体溶液涂覆所述间隔层。


11.根据权利要求10所述的方法，还包括利用包括电绝缘化合物的至少一个封装层对退火分子层进行封装。


12.根据权利要求10所述的方法，包括在形成在所述退火分子层上的所述封装层上沉积金属层。


13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，所述液体溶液中所述分...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨穆埃尔·拉拉阿维拉，汉斯·赫，谢尔盖·库巴特金，
申请(专利权)人：格拉芬斯科公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE