产品应用专题：E1系列转移平台在高温柔性器件、TEM样品制备方面的应用成果分享

E1系列多功能二维材料转移实验平台可实现低维材料转移精确定点转移、多层范德华异质结制备，是研究异质结特性、空间反演对称性破缺、以及二维材料不同堆叠方式、魔角超导的有力工具。适用于石墨烯、硫化钼、黑磷等单层材料，范德华异质结，扭曲魔角异质结，纳米线/片，电极阵列等，以及5-100um的微小样品。

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1. 多层二维材料叠加、耐高温的柔性器件：

高温光电探测器的发展在航空航天工程、军事防御和恶劣环境机器人等领域具有广泛的应用价值。然而，目前的高温光电探测器由于常用耐热材料的光学灵敏度较差，存在光响应度较低(<10 A/W)的特点。

清华大学智能微系统团队设计的h-BN封装石墨/WSe2光电探测器，创新性的器件设计使得其可在700℃下(真空1000℃)正常工作。并在高温下表现出非常规负光导率，光响应率可达2.2 × 10^6 A/W，比目前最先进的高温光电探测器高约5个数量级。此外，该器件表现出良好的灵活性，高度适应各种形状的表面，为在恶劣环境下工作的二维光电器件的开发提供新的研究思路。

转移方法：将云母衬底依次浸入丙酮、酒精和去离子水中超声清洗2min，以去除可能存在的杂质。底部h-BN (40-60 nm)、WSe2 (10-20 nm)、2个GF电极和顶部h-BN (40-60 nm)用透明胶带机械剥离，通过PDMS薄膜依次转移到云母衬底上。转移过程由迈塔光电E1-T多功能高精度二维材料转移系统实现。

文章解读：

该文采用场效应晶体管的结构，制作了h-BN封装和GF源/漏电极的WSe2光电探测器（图1）。h-BN作为优良的抗氧化图层已有报导，该研究将h-BN在底部和顶部将WSe2和GF电极包裹在内，并同时作为栅极电介质。图1d中可清楚看到，二维材料在界面上呈原子分布，说明封装良好，可有效隔绝氧气的进入。

图1 耐高温柔性WSe2光电探测器。

a：示意图。b：柔性云母衬底上的器件实物图。c：WSe2器件的光学显微镜图像（Pt电极未显示）；d：WSe2器件中h-BN/GF/WSe2/h-BN范德华异质结构的TEM截面图像。

在空气和真空环境下所能承受的温度远高于当前二维材料器件(表1)，扩大了二维材料的工作温度范围，使二维材料良好的电学性能应用于高温环境。

表1 不同二维材料器件的温度耐受性比较

石墨片状电极也是高温保护时不可缺少的材料（图2）。如果只使用传统Pt电极，配合h-BN封装，WSe2在500℃高温时就会被严重氧化（图2c-e）。这是因为溅射沉积的Pt膜表面粗糙度比GF大得多。顶部h-BN不能完全贴合Pt表面的形貌（图2g），导致氧分子通过Pt/h-BN界面扩散到h-BN中。而h-BN与GF之间可以形成良好的接触（图2f），有效阻止氧气扩散。

图2 WSe2器件的耐高温能力。

a. 制备好的器件的光学图像；b. 700℃加热15分钟后的器件图像；c. 700°C加热前后带有h-BN封装和GF电极的WSe2，与500℃加热后的未封装WSe2的拉曼光谱对比图；d. h-BN封装和Pt电极的WSe2器件；e. 500℃加热后带有Pt电极的器件；f. h-BN/GF界面的断面HRTEM图和示意图；g. h-BN/Pt界面的HRTEM图和示意图，氧气可以通过h-BN/Pt界面扩散到h-BN封装中。

该器件在400℃高温状态下，白光照射时出现输出曲线左移（图3），随着光强的增加位移也随之增加。Vgs=3V时，在400°C白光照明下，Ids随光强的增加而增加, 表现为PPC光电探测器。相比之下，当Vgs设置为0V时，在400°C的照明下，Ids随光强的增加而下降，表现为NPC光电探测器。实现了在相同温度下通过调节栅极电压Vgs在NPC和PPC光电探测器之间切换的高温可重构光电探测器。

图3 具有负光导率的WSe2光电探测器。

a.光照下的WSe2光电探测器的示意图；b. 20℃时白光照射下的转移曲线；c. 400℃时白光照射下的转移曲线，白色虚线用于区分NPC器件（蓝色区域）和PPC器件（橙色区域）；d. 在400℃的白光照射下的Ids-Vds曲线，Vgs=3V；e. 在400 °C的照明下的Ids-Vds曲线，Vgs=0 V；f. 光学传感机制的示意图：在相对低的温度下，光激发的电子-空穴对负责产生光电流（过程1）。在高温下，电荷载流子有更多机会进入h-BN。被h-BN中的缺陷态困住的光生空穴充当了一个等效的正栅极偏压（过程2）。

h-BN，不仅具有高温时保护器件的作用。在室温下，NPC的响应度绝对值明显大于PPC(在400℃时，385 nm光照下响应度是室温的2000倍左右)，在相同温度下，波长越短，响应度越高。在400℃，365 nm光照下表现出2.2 × 10^6 A/W的超高响应度。研究表明，被h-BN内部缺陷态捕获的光生空穴作为等效的正栅极电压(光门效应)，导致了Ids-Vgs传递曲线左移。低维材料内部的缺陷态捕获光生载流子是产生NPC现象的主要原因之一。

图4 WSe2光电探测器高温下的光电性能。

a. 在不同温度下，385 nm、440 nm和520 nm波段照射时的响应度（Vgs = 0），虚线用来表示PPC和NPC现象的开关温度；b. 在400℃时响应度和Vds的函数关系；c. 柔性光电探测器放置在450℃的加热棒上（弯曲半径3厘米），动态电阻的变化显示了负的光导率。平均上升时间约为0.3秒，恢复时间约为13秒；d. 该文献所研究的光电探测器与最先进的光电探测器的比较。

”High-temperature flexible WSe2 photodetectors with ultrahigh photoresponsivity”，发表于《nature communications》，

doi: 10.1038/s41467-022-32062-0

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E1-M高分辨二维材料金相显微转移系统，作为E1系列中的品质之选，采用进口尼康显微镜，高清晰成像。且拥有极高的系统兼容性，可升级荧光光谱、拉曼光谱等多种光学测试。

2. 精确的转移操作辅助制备TEM样品

阿卜杜拉国王科技大学张西祥教授和兰州大学彭勇教授等人在《Advance Materials》上，报道了在范德华铁磁体Fe5-δGeTe2中，非常规螺旋极化的偶极性斯格明子的观察。结合磁力测量、洛伦兹透射电子显微镜、电输运测量和微磁模拟，证明了Fe5-δGeTe2中的短程超结构导致了局部的DMI 贡献，它打破了相反螺旋的退行性，导致了螺旋的极化。因此，Fe5-δGeTe2中的螺旋性特征是由双极相互作用和DMI控制的。和DMI控制的，前者导致了螺旋度为π/2的Bloch型天体，而后者则打破了螺旋度的退化。这项工作为范德瓦尔斯材料中的天体拓扑结构提供了新的见解。

其中通过迈塔光电E1-M高分辨二维材料金相显微转移系统，利用干式转移方法，将F5GT薄片转移到氮化硅TEM窗格上。

图5 a)约138 nm厚的F5GT薄片在氮化硅TEM窗格上的光学图像。红色实心曲线是用红色虚线标记的横截面的原子力显微镜高度剖面。b-i)增加磁场作用下的自旋织构演化。放大图像(c)和(d)中的红色箭头描绘了由平面内自旋形成的180°布洛赫畴壁的中心。(e-h)中的红色和蓝色圆圈分别表示螺旋度为 γ=−π/2和π/2的skyrmions。i-l)减小磁场作用下的自旋织构演化。磁场垂直于样品表面(ab平面)。样品没有倾斜，离焦值为−31um。m)气泡的大小与磁场增加的关系。

”Magnetic skyrmions with unconventional helicity polarization in a van der Waals ferromagnet”，发表于《Advance Materials》，

doi: 10.1002/adma.202204163

可利用我司转移台，精确转移所需的材料至氮化硅TEM窗格的指定位置

 

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