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二维材料

二维材料,是指电子仅可在两个维度的纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料,如纳米薄膜、超晶格、量子阱。二维材料的全名为二维原子晶体材料,是伴随着2004年曼彻斯特大学(University of Manchester)Geim 小组成功分离出单原子层的石墨材料——石墨烯(graphene) 而提出的。石墨烯突出的特点是单原子层厚,高载流子迁移率、线性能谱、强度高。无论是在理论研究还是应用领域,石墨烯都引起了科研工作者的极大兴趣。二维材料是一种具有单个或几个原子层厚度的新型晶体材料,目前已经发展成为一个完整的材料体系,涵盖了从导体、半导体、超导体到绝缘体,铁电、铁磁、反铁磁等各种类型,后续又有一些其他的二维材料陆续被分离出来,如氮化硼(BN)、二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2)、二硒化钼(MoSe2)、二硒化钨(WSe2)等,它们在凝聚态物理领域有着广泛的应用研究。

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产品特性

二维材料因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内,使得这种材料展现出许多奇特的性质。其带隙可调的特性在场效应管、光电器件、热电器件等领域应用广泛;其自旋自由度和谷自由度的可控性在自旋电子学和谷电子学领域引起深入研究;不同的二维材料由于晶体结构的特殊性质导致了不同的电学特性或光学特性的各向异性,包括拉曼光谱、光致发光光谱、二阶谐波谱、光吸收谱、热导率、电导率等性质的各向异性,在偏振光电器件、偏振热电器件、仿生器件、偏振光探测等领域具有很大的发展潜力。

制备高质量的二维材料,特别是原子层量级的超薄材料,是开展本征物性研究和探索新现象的基础。随着科学研究的深入,多种二维材料的制备手段逐渐发展起来,包括化学气相沉积法(CVD),分子束外延法(MBE)、液相剥离法和机械解理法等。

二维材料的制备方法:

化学气相沉积(CVD):

可以制备大面积的二维材料,但对于不同材料制备工艺差异很大,在单晶性、缺陷、层数等方面难以控制,为深入研究二维材料的性质带来了挑战;

分子束外延(MBE):

分子束外延法可以获得单晶质量很高的样品,但对于真空度、元素的物理性质以及基底的选择都有极高的要求,很多二维材料难以通过MBE方法制备,并且在某些材料体系中(如单层FeSe),分子束外延法生长的二维材料与基底存在显著的相互作用,影响到对于材料本征物性的研究。

液相剥离法:

液相剥离法可以实现二维材料的量产化制备,对于工业化应用有重要应用潜力,但这种制备方法在制备过程中会引入缺陷和液相污染,不利于研究二维材料的本征性质。








二维材料的应用

从首次提出至今,石墨烯和二维材料(2DM)在科学和工程领域的研究已经持续了近20年。大量的可用数据和高性能的器件演示让人们毫不怀疑二维材料在电子、光电子和传感领域中的应用潜力。

那么采用二维材料应用的主要挑战和机遇在哪里呢?现有技术表明,二维材料在半导体设备层级能发挥其卓越的性能优势,可以与其它半导体技术轻松集成,这使得它们成为半导体材料的主要扩展功能的候选者。

二维材料的出现,为突破传统半导体器件在性能上的各种限制提供了新的途径,为实现各种功能应用提供了新的思路。我们相信,在未来的半导体集成产品中,二维材料将越来越成为一个x因素,具体取决于目标应用的不同,基于二维材料的异构电子技术的瓶颈也将获得突破,达到所需的大规模制造水平。

因此,我们科研材料事业部成立的二维材料研发团队围绕二维材料的研究、制备及应用开展了一系列工作,并取得了一些研究成果:我们使用化学剥离法制备的某种金属型半导体材料具有较高的导电性,体积比电容可以达到400-700 F/cm−3,并且具有良好的循环性能,目前已批量生产,供给下游客户用于半导体级别的应用。

下面是我们可以提供的一些二维材料的产品目录,主要包括绝缘体、半导体、半金属、金属和超导体等,是目前凝聚态物理和材料科学领域的研究热点材料,其中部分为知名品牌独家代理,您可以自由选择,供您科研所用。


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