Rapid laser nanomanufacturing and direct patterning of 2D materials on flexible substrates - 2DFlex.

ty10086 提交于 周四, 08/26/2021 - 12:42
文章英文标题
Rapid laser nanomanufacturing and direct patterning of 2D materials on flexible substrates - 2DFlex.
正文
柔性透明衬底上二维( 2D )量子材料(如MoS2、WSe2 )的直接合成、大规模集成和图形化是柔性共形器件应用的研究热点。然而,普通气相合成方法中新兴的2D材料的生长温度(如850℃)远远超出了柔性衬底(如聚二甲基硅氧烷( PDMS ) )的容限。此外,大多数生长系统中的随机成核和生长过程限制了所预测的集成和模式自由。在这里,我们报道了一种快速的直接激光结晶和无掩模大规模的MoS2和WSe2晶体在PDMS衬底上的图形化。首先通过脉冲激光沉积( PLD )系统在柔性衬底上沉积一层化学计量比非晶态2D薄膜,然后利用可调谐纳秒激光( 1064nm )控制结晶和直接写入过程。讨论了脉冲宽度、脉冲个数、沉积非晶2D层厚度对2D材料结晶的影响。通过光学光谱和电学表征证实了柔性衬底上结晶的二维材料的质量。这种新方法为未来基于二维材料的可穿戴、透明和柔性设备的计算机辅助设计模型直接结晶复杂图案开辟了新的机会。
文章内容(英文)
Direct synthesis, large-scale integration, and patterning of two-dimensional (2D) quantum materials (e.g., MoS\u003csub\u003e2\u003c/sub\u003e, WSe\u003csub\u003e2\u003c/sub\u003e) on flexible and transparent substrates are of high interest for the flexible and conformal device applications. However, the growth temperature (e.g., 850 °C) of the emerging 2D materials in the common gas-phase synthesis methods are well beyond the tolerances limit of flexible substrates, such as polydimethylsiloxane (PDMS). In addition, random nucleation and growth process in most growth systems limits the predicted integration and patterning freedoms. Here, we report a rapid direct laser crystallization and mask-free large-scale patterning of MoS\u003csub\u003e2\u003c/sub\u003eand WSe\u003csub\u003e2\u003c/sub\u003ecrystals on PDMS substrates. A thin layer of stoichiometric amorphous 2D film is first laser deposited via pulsed laser deposition (PLD) system onto the flexible substrates followed by a controlled crystallization and direct writing process using a tunable nanosecond laser (1064 nm). The influences of pulse duration, number of pulses, and the thickness of the deposited amorphous 2D layer on the crystallization of 2D materials are discussed. Optical spectroscopy and electrical characterizations are performed to confirm the quality of crystallized 2D materials on flexible substrates. This novel method opens up a new opportunity for the crystallization of complex patterns directly from computer-aided design models for the future 2D materials-based wearable, transparent, and flexible devices.
来源出处
Journal|[J]Nanotechnology2020.
DOI
https://doi.org/10.1088/1361-6528/abc285

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