二维材料电学性能调控系统及其调控方法

摘要

本申请提供一种二维材料电学性能调控系统及其调控方法。所述二维材料电学性能调控系统包括支撑平台、控制装置和光源装置。所述支撑平台用于放置表面覆盖有二维材料层的基底，所述基底表面还覆盖有与所述二维材料层层叠设置的绝缘层和光学调制层。所述绝缘层设于所述二维材料层和所述光学调制层之间。所述光源装置与所述控制装置电连接，所述控制装置用于控制所述光源装置发光，以照射所述光学调制层，从而实现对所述二维材料层载流子的调控。

权利要求

1.一种二维材料电学性能调控系统(100)，包括：支撑平台(10)，用于放置表面覆盖有二维材料层(110)的基底，所述基底表面还覆盖有与所述二维材料层层叠设置的绝缘层(111)和光学调制层(112)，所述绝缘层(111)设于所述二维材料层(110)和所述光学调制层(112)之间；

控制装置(20)；

光源装置(30)，与所述控制装置(20)电连接，所述控制装置(20)用于控制所述光源装置(30)发光，以照射所述光学调制层(112)，从而实现对所述二维材料层(110)中载流子的调控；

其中，所述光学调制层(112)为深紫外曝光胶。

2.如权利要求1所述的二维材料电学性能调控系统，其特征在于，所述光源装置(30)包括：三维移动光学支架(31)；

发光器件(32)，所述发光器件(32)固定于所述三维移动光学支架(31)。

3.如权利要求2所述的二维材料电学性能调控系统，其特征在于，所述发光器件(32)发出的光的中心波长低于250nm。

4.如权利要求2所述的二维材料电学性能调控系统，其特征在于，所述发光器件(32)为发光二极管。

5.如权利要求1所述的二维材料电学性能调控系统，其特征在于，还包括电源装置(40)，所述电源装置(40)与所述控制装置(20)和所述光源装置(30)电连接。

6.一种二维材料电学性能调控系统的调控方法，包括：S100，提供一基底，所述基底表面覆盖有所述二维材料层(110)；

S200，在所述二维材料层(110)远离所述基底的表面依次形成绝缘层(111)和光学调制层(112)；

S300，利用激光对所述光学调制层(112)进行光照，以对所述二维材料层(110)进行载流子调控；

其中，所述光学调制层(112)为深紫外曝光胶。

7.如权利要求6所述的二维材料电学性能调控系统的调控方法，其特征在于，所述S200包括：S210，在所述二维材料层(110)远离所述基底的表面旋涂绝缘层(111)；

S220，在所述绝缘层(111)远离所述二维材料层(110)的表面旋涂光学调制层(112)；

S230，将旋涂了所述绝缘层(111)和所述光学调制层(112)的所述二维材料层(110)在

160℃-180℃进行烘烤。

8.如权利要求6所述的二维材料电学性能调控系统的调控方法，其特征在于，在所述S200中，所述绝缘层(111)的厚度为200nm-400nm。

9.如权利要求6所述的二维材料电学性能调控系统的调控方法，其特征在于，所述光学调制层(112)的厚度为260nm-360nm。

10.如权利要求6所述的二维材料电学性能调控系统的调控方法，其特征在于，所述绝缘层(111)为PMMA EL6、PMMA EL7、PMMA EL8、PMMA EL9或PMMA EL10胶。

说明书

二维材料电学性能调控系统及其调控方法

技术领域

[0001] 本申请属于半导体材料与器件技术领域，尤其涉及一种二维材料电学性能调控系统及其调控方法。

背景技术

[0002] 二维材料作为新型纳米薄膜材料，具有重要的科学意义和使用价值。二维材料的厚度在100纳米以下，常规的电学性能调控如电学门电压调控法存在问题。

[0003] 在进行电学性能调控过程中，门电压做在二维材料上表面时需要制备绝缘层，绝缘层的制备方法通常是电子束蒸镀或者等离子体辅助沉积，这两种方法都会损坏二维材料的性能。如果将门电压做在二维材料背面则会出现工艺复杂等问题，而且使用电学门电压调控法增加了一路测试线路，增加至少一套测试设备和软件，测试过程复杂。

发明内容

[0004] 基于以上，有必要针对电学性能调控过程中二维材料的性能损坏以及工艺复杂的问题，提供一种二维材料电学性能调控系统及其调控方法。

[0005] 本申请提供一种二维材料电学性能调控系统，包括支撑平台、控制装置和光源装置。所述支撑平台用于放置表面覆盖有二维材料层的基底，所述基底表面还覆盖有与所述二维材料层层叠设置的绝缘层和光学调制层。所述绝缘层设于所述二维材料层和所述光学调制层之间。所述光源装置与所述控制装置电连接。所述控制装置用于控制所述光源装置发光，以照射所述光学调制层，从而实现对所述二维材料层载流子的调控。

[0006] 在其中一个实施例中，所述光源装置包括三维移动光学支架和发光器件。所述发光器件固定于所述三维移动光学支架。

[0007] 在其中一个实施例中，所述发光器件发出的光的中心波长低于250nm。

[0008] 在其中一个实施例中，所述发光器件为发光二极管。

[0009] 在其中一个实施例中，所述二维材料电学性能调控系统还包括电源装置。所述电源装置与所述控制装置和所述光源装置电连接。

[0010] 在其中一个实施例中，所述二维材料电学性能调控系统的调控方法包括：

[0011] S100，提供一基底，所述基底表面覆盖有所述二维材料层；

[0012] S200，在所述二维材料层远离所述基底的表面依次形成绝缘层和光学调制层；

[0013] S300，利用激光对所述光学调制层进行光照，以对所述二维材料层进行载流子调控。

[0014] 在其中一个实施例中，所述S200包括：

[0015] S210，在所述二维材料层远离所述基底的表面旋涂绝缘层；

[0016] S220，在所述绝缘层远离所述二维材料层的表面旋涂光学调制层；

[0017] S230，将旋涂了所述绝缘层和所述光学调制层的所述二维材料层在160℃-180℃进行烘烤。

[0018] 在其中一个实施例中，在所述S200中，所述绝缘层的厚度为200nm-400nm。

[0019] 在其中一个实施例中，所述光学调制层的厚度为260nm-360nm。

[0020] 在其中一个实施例中，所述绝缘层为PMMA EL(6-10)胶。

[0021] 在其中一个实施例中，所述光学调制层为深紫外曝光胶。

[0022] 在本实施例中，所述二维材料层放置于所述支撑平台。通过所述支撑平台将所述二维材料层设置于所述光源装置的中心位置处。通过所述控制装置控制激光照射强度及时间，从而能够控制激光对所述二维材料层的辐射量，进而直接对所述二维材料层的载流子进行调控。这样能够避免在所述二维材料层表面蒸镀或者沉积绝缘层而对二维材料层性能的损坏，而且本申请不需要增加测试线路和设备，测试简单、装置成本相对较低。

附图说明

[0023] 图1为本申请实施例提供的二维材料电学性能调控系统示意图；

[0024] 图2为本申请实施例提供的二维材料电学性能调控系统调制下的石墨烯载流子的浓度变化曲线图；

[0025] 图3为本申请实施例提供的综合物性测量系统示意图。

[0026] 附图标记说明

[0027] 10：支撑平台

[0028] 110：二维材料层

[0029] 111：绝缘层

[0030] 112：光学调制层

[0031] 20：控制装置

[0032] 30：光源装置

[0033] 31：三维移动光学支架

[0034] 32：发光器件

[0035] 40：电源装置

[0036] 50：综合物性测量系统

[0037] 100：二维材料电学性能调控系统

具体实施方式

[0038] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请的技术方案进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

[0039] 请参见附图1，本申请实施例提供一种二维材料电学性能调控系统100，包括支撑平台10、控制装置20和光源装置30。所述光源装置30与所述控制装置20电连接。所述控制装置20用于控制所述光源装置30发光。

[0040] 所述电学性能调控系统100可以调控二维材料层110的电学性能。二维材料，是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料，比如石墨烯、二硫化钼和硅烯等。所述电学性能调控系统100在工作时，所述支撑平台10用于放置表面覆盖有所述二维材料层110的基底。所述基底表面还覆盖有与所述二维材料层110层叠设置的所述绝缘层111和所述光学调制层112。所述绝缘层111设于所述二维材料层110和所述光学调制层112之间。所述控制装置20通过控制所述光源装置30的发光，可以对所述光学调制层112进行照射。所述光源装置30发光可以照射所述光学调制层112，从而实现对所述二维材料层110载流子的调控。

[0041] 所述支撑平台10用于给所述基底提供支撑。所述基底可以固定设置于所述支撑平台10。所述基底与所述支撑平台10的固定方式不限，可以通过各种方式固定。所述二维材料层110设置在所述基底的表面。所述在本实施例中，所述基底可以为硅基底或者碳化硅基底等。通过所述支撑平台10将所述二维材料层110设置于所述光源装置30的中心位置处。通过所述控制装置20控制激光照射强度及时间，从而能够控制激光对所述二维材料层110的辐射量，进而直接对所述二维材料层110的载流子进行调控。这样能够避免在所述二维材料层110表面蒸镀或者沉积绝缘层111而对二维材料层110性能的损坏，而且本申请不需要增加测试线路和设备，测试简单、装置成本相对较低。

[0042] 在一个实施例中，所述光源装置30包括三维移动光学支架31和发光器件32，所述发光器件32固定于所述三维移动光学支架31。

[0043] 在本实施例中，所述发光器件32固定于所述三维移动光学支架31，可以通过所述三维移动光学支架31来调整所述发光器件32与所述二维材料层110间的距离。所述发光器件32可以为激光器或者发光二极管。当所述二维材料层110距离所述发光器件32较近时，激光的光照面积以及激光功率相对较大，这样能够在相对较短的时间对所述二维材料层110的载流子进行调控。当所述二维材料层110距离所述发光器件32较远时，激光的光照面积以及激光功率相对较小，这样需要相对较长的时间对所述二维材料层110的载流子进行调控。

[0044] 在一个实施例中，所述发光器件32发出的光的中心波长低于250nm。

[0045] 所述发光器件32发出的光的中心波长低于250nm。低于250nm波长的所述紫外光，在对所述光学调制层112进行照射时，能够促使所述光学调制层112发生载流子迁移至所述二维材料层110，从而能够实现对所述二维材料层110载流子的调控。

[0046] 在一个实施例中，所述发光器件32为发光二极管。

[0047] 在本实施例中，所述发光器件32为发光二级管。发光二极管由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。所述发光二极管的工作电压很低，有的仅一点几伏。所述发光二极管的工作电流也很小，有的仅零点几毫安即可发光。所述发光二极管具有较高的抗冲击和抗震性，而且可靠性高、寿命长。通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源。另外，所述发光二极管的成本相对较低，这样能够使本申请的二维材料层110电学性能调控系统100能以相对较低的成本实现对二维材料层110的电学性能的调控。

[0048] 在一个实施例中，所述二维材料电学性能调控系统还包括电源装置40，所述电源装置40与所述控制装置20和所述光源装置30电连接。

[0049] 在本实施例中，所述二维材料电学性能调控系统还包括电源装置40，所述电源装置40与所述控制装置20以及所述光源装置30电连接。所述电源装置40用以向电路中通电，所述控制装置20通过对电源装置40的调控从而实现对电路中电流通断和电流值大小的控制。所述电流值较大时，所述发光器件32的功率则相对较大，这样能够较快实现对所述二维材料层110载流子的调控。

[0050] 本申请一个实施例还提供一种二维材料电学性能调控系统的调控方法，具体包括：

[0051] S100，提供一基底，所述基底表面覆盖有所述二维材料层110；

[0052] S200，在所述二维材料层110远离所述基底的表面依次形成所述绝缘层111和光学调制层112；

[0053] S300，利用激光对所述光学调制层112进行光照，以对所述二维材料层110进行载流子调控。

[0054] 在本实施例中，在所述S200中，在所述二维材料层110远离所述基底的表面依次形成所述绝缘层111和光学调制层112。这样紫外激光可以直接照射于所述光学调制层112，进而对所述二维材料层110进行电学性能调控。在进行紫外激光照射时，对所述紫外激光的辐射时间和辐射光强进行调节，当所述辐射时间以及辐射光强越大，紫外光的辐射量越大，这样对所述二维材料层110的电学性能的调控也越大。

[0055] 在一个实施例中，所述S200包括：

[0056] S210，在所述二维材料层110远离所述基底的表面首先旋涂绝缘层111；

[0057] S220，在所述绝缘层111远离所述二维材料层110的一面旋涂所述光学调制层112；

[0058] S230，将旋涂了所述绝缘层111和所述光学调制层112的所述二维材料层110在160℃-180℃进行烘烤。

[0059] 在本实施例中，所述S210中首先在所述二维材料层110远离所述基底的表面首先旋涂绝缘层111。然后在所述S220中，在所述绝缘层111远离所述二维材料层110的一面旋涂所述光学调制层112。这样即在所述二维材料层110远离所述基底的表面依次形成了绝缘层111和光学调制层112。在所述S230中，将旋涂了所述绝缘层111和所述光学调制层112的所述二维材料层110在160℃-180℃进行烘烤，这样能够蒸发掉所述绝缘层111和所述光学调制层112中的溶剂，避免所述溶剂对人体产生危害。

[0060] 在一个实施例中，在所述S200中，所述绝缘层111的厚度为200nm-400nm。

[0061] 在本实施例中，所述绝缘层111的厚度为200nm-400nm。在深紫外光的照射下，所述二维材料层110的电子将穿过所述绝缘层111进入所述光学调制层112.如果所述绝缘层111的厚度过大可能会导致电子无法穿过，从而无法发挥所述二维材料电学性能调控系统100的调控作用。所述绝缘层111的厚度优选为300nm，这样可以保证电子能够很好的穿过所述绝缘层111，而且具有较好的透光度。

[0062] 在一个实施例中，所述光学调制层112的厚度为260nm-360nm。

[0063] 在本实施例中，所述光学调制层112的厚度为260nm-360nm。在深紫外光的照射下，所述光学调制层112会发生光诱导反应从而产生大量的电子受体。当所述光学调制层112的厚度过大时，会导致其透光度较低，这样所述光学调制层112可能会无法收深紫外光的影响而产生电子受体。因此，所述光学调制层112的厚度为260nm-360nm时能够避免所述光学调制层112的厚度过大或者过小时，在紫外光的作用下不会产生光诱导反应，从而无法对所述二维材料层110的电学性能进行调控。

[0064] 在一个实施例中，所述绝缘层111为PMMA EL(6-10)胶。

[0065] 在本实施例中，所述绝缘层111为PMMA EL(6-10)胶，所述PMMA EL(6-10)胶是电子束胶，对紫外光不敏感，这样能够保证在紫外辐射时只有所述光学调制层112会发生变化。

[0066] 在一个实施例中，所述光学调制层112为深紫外曝光胶。

[0067] 在本实施例中，所述光学调制层112为深紫外曝光胶。所述深紫外曝光胶包括ZEP 520A胶或其他在深紫外线波长范围内会发生光诱导反应的胶体。所述深紫外曝光胶优选为ZEP 520A胶。所述ZEP 520A胶在暴露于紫外光的照射时，会发生光诱导反应，通过C-Cl键的初始均裂键断裂形成大量的中性Cl自由基和中性碳自由基，结果是形成了光诱导的、有效的电子受体。这样所述二维材料层110中的电子可以穿过所述绝缘层111进入所述ZEP 520A胶，从而造成载流子浓度的降低。另外，通过控制所述紫外光的照射时间以及辐射强度，能够使所述二维材料层110的载流子浓度在特定范围内变化，进而达到对所述二维材料层110进行电学调控的目的。石墨烯在所述二维材料电学性能调控系统100调控下载流子浓度的变化如附图2所示，由图中可以看出所述石墨烯的载流子浓度在紫外曝光条件下是逐渐减小的。

[0068] 请参见附图3，在本申请中是通过使用综合物性测量系统50测量二维材料在1.9K时的量子霍尔效应曲线。在磁场(B)－横向电阻(RXY)曲线上读取1T时的电阻值，载流子浓度n＝B/e RXY。在测量过程中通过液氦为超导提供低温环境，并通过减压降温样品处实现1.9K，超导磁体实现0-14T的磁场。在本申请中使用的是quantum design公司的PPMS-14型综合物性测量系统。

[0069] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述整洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0070] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。