В последние годы двумерные (2D) слоистые кристаллы и их гетероструктуры привлекают широкое внимание благодаря своим выдающимся электрическим, оптическим и механическим свойствам. Несмотря на значительный прогресс в технологиях роста материалов, качество двумерных кристаллов, полученных методами химического осаждения из газовой фазы и другими подходами, по‑прежнему остаётся неудовлетворительным по сравнению с их аналогами, полученными путём механического отслаивания. Например, графен, полученный методом механического отслаивания, демонстрирует значительно более высокую подвижность носителей заряда по сравнению с графеном, выращенным химическим осаждением из газовой фазы; последний обычно ограничен за счёт введённых во время роста границ зерен и дефектов. Аналогично, в случае дихалькогенидов переходных металлов (например, MoS2) тонкие листы, полученные механическим отслаиванием, обладают более выраженными оптическими свойствами — в том числе большей интенсивностью фотолюминесценции и более длительным временем жизни экситонов — что объясняется отсутствием дефектов и примесей, возникающих при росте.

Однако характеристики устройств на основе отслоённых двумерных кристаллов снижаются в процессе их отслоения и трансфера из‑за загрязнений. Сборка двумерных кристаллов и их гетероструктур обычно осуществляется с помощью технологий переноса на полимерной подложке, предусматривающих захват материала с исходной подложки и его размещение на целевой подложке. Прямой контакт между полимерной подложкой и двумерным кристаллом приводит к межслойному загрязнению, оставляя остатки на границе раздела или на поверхности готовой гетероструктуры. Такое загрязнение существенно ухудшает рабочие характеристики оптоэлектронных устройств. Для решения этих проблем были предложены неорганические методы переноса с использованием металлизированных нитридокремниевых мембран; хотя они позволяют получать высококачественные ван-дер-ваальсовские (vdW) гетероструктуры, их сложность значительно ограничивает дальнейшее развитие. Кроме того, механическое отслоение с помощью золота также исключает прямой контакт полимера с двумерным кристаллом, однако при последующем удалении золотой мембраны всё равно возникают нежелательные загрязнения, что снижает качество образцов, используемых для электрических и оптических измерений. Таким образом, необходима новая технология переноса, способная решить эти проблемы и обеспечить сборку устройств на основе двумерных кристаллов без загрязнений.

В ответ на указанные выше проблемы соответствующая исследовательская группа Технологического университета электроники провела углублённые исследования, используя безмасочную литографическую систему DMD компании «ZEPTOOLS». Они предложили оригинальную технологию переноса ван-дер-ваальсовых (vdW) структур, используя полидиметилсилоксановые микрокуполы (MDP), покрытые поливинилхлоридом с ван-дер-ваальсовой подложкой, что позволило осуществить бесконтаминационную сборку электронных и оптоэлектронных устройств на основе двумерных кристаллов. Соответствующие результаты были опубликованы в журнале Applied Materials Today под названием «Бесконтаминационная сборка двумерных ван-дер-ваальсовых гетероструктур для высокопроизводительной электроники и оптоэлектроники»; ссылка на оригинал: https:// doi.org/10.1016/j.apmt.2025.102657

В данной статье представлено инновационное методическое решение — технология переноса ван-дер-ваальсовых (vdW) материалов, направленное на устранение распространённой проблемы загрязнения при традиционном переносе двумерных кристаллических материалов. Исследовательская группа разработала метод, основанный на использовании микрокупольных полимеров из полидиметилсилоксана (MDP), покрытых поливинилхлоридом с ван-дер-ваальсовым вспомогательным слоем; благодаря этому подходу исключается прямой контакт полимера с целевым материалом, что предотвращает поверхностное загрязнение и обеспечивает формирование высококачественной интерфейсной структуры. С помощью этой технологии учёные смогли создать гетероструктурные фотодетекторы MoS2/WSe2 и полевые транзисторы на основе WSe2 (FET), демонстрирующие выдающиеся характеристики и подтверждающие значительный потенциал данного метода в повышении производительности устройств.

В ходе исследования авторы подробно описали технологический процесс создания новой технологии переноса на основе ван-дер‑ваальсовых взаимодействий и обозначили её отличия от традиционного метода (c‑transfer). Хотя традиционный метод является простым и эффективным, он нередко приводит к образованию полимерных остатков и пузырьков, что существенно ухудшает характеристики устройств. В отличие от этого, применяемый в новой методике ван‑дер‑ваальсовый вспомогательный слой не только надёжно предотвращает прямой контакт полимера с целевым материалом, но и сохраняет преимущества по производительности, характерные для традиционного переноса. Более того, этот слой легко отделяется от целевого материала, обеспечивая высокую чистоту поверхности и атомарную гладкость после переноса. Результаты экспериментов показали, что шероховатость поверхности образцов, полученных с использованием технологии ван‑дер‑ваальсового переноса, значительно ниже, чем при традиционном методе, что наглядно подтверждает её эффективность в снижении уровня загрязнений.

Для оценки практической значимости данной технологии исследовательская группа сравнила электрические и оптоэлектрические характеристики фотодетекторов на основе гетероструктуры MoS2/WSe2 и полевых транзисторов на основе WSe2, полученных с использованием двух различных методов переноса. Результаты показали, что фотодетекторы, изготовленные методом ван‑дер‑ваальсовского переноса, демонстрируют более линейную световую зависимость, более высокую чувствительность и более быстрое время отклика; тогда как транзисторы, созданные по этому же методу, характеризуются почти трёхкратным увеличением подвижности дырок, снижением гистерезиса на порядок и уменьшением амплитуды субпорогового наклона в четыре раза. Эти улучшения непосредственно свидетельствуют об эффективности ван‑дер‑ваальсовского переноса в снижении загрязнённости границ раздела и повышении общих эксплуатационных характеристик устройств.

В заключительной части исследования более подробно рассмотрены конкретные механизмы, с помощью которых технология переноса методом ван-дер‑Ваальса способствует улучшению характеристик устройств. Показано, что благодаря снижению числа дефектов и примесей на границе раздела устройства, изготовленные с использованием технологии ван‑дер‑Ваальсского переноса, не только демонстрируют повышенную подвижность носителей заряда, но и уменьшают влияние ловушек носителей, что обеспечивает более стабильную работу при высокой интенсивности светового излучения. В то же время эта технология существенно уменьшает количество зарядовых ловушек на границе канал–диэлектрик, что играет ключевую роль в повышении скорости переключения и стабильности полевых транзисторов. Таким образом, представленная работа не только предлагает новый эффективный подход к созданию высокопроизводительных устройств на основе двумерных материалов, но и открывает новые направления для дальнейшего изучения и оптимизации применения таких материалов.

Настольный фотолитографический аппарат без маски компании «ZEPTOOLS» специально разработан для эффективной и высокоточной микро‑ и нанообработки. Устройство оснащено мощным светодиодным источником света с высокой однородностью и использует передовую технологию DLP, обеспечивая функцию экспозиции по желтому или зелёному свету — так что достигается принцип «что видишь, то и получаешь», что существенно повышает удобство эксплуатации и управляемость технологического процесса. Уникальная оптическая схема и высокоточный линейный двигатель‑стол гарантируют исключительную точность экспозиции и стабильность повторного позиционирования; в комплекте также предусмотрен система автоматической фокусировки по кадрам с использованием ПЗС‑камеры, что дополнительно улучшает качество изображения и стабильность технологического процесса. Аппарат поддерживает электрическое переключение объективов и активную лазерную фокусировку, позволяя гибко адаптироваться к требованиям различных областей применения. Компактный настольный форм‑фактор не только экономит пространство, но и облегчает развертывание в лабораторных условиях или на производственных площадках.