近年来，二维(2D)层状晶体及其异质结构由于其电学、光学和机械性能而受到了广泛关注。尽管在材料生长技术方面取得了广泛进展，但与机械剥离的对应物相比，通过化学气相沉积等方法生长的二维晶体质量仍然不尽如人意。例如，机械剥离的石墨烯表现出显著高于化学气相沉积生长的石墨烯的载流子迁移率，后者通常受到生长过程中引入的晶界和缺陷限制。同样地，在过渡金属二硫属化物（如MoS2）的情况下，机械剥离的薄片显示出更优越的光学性质，包括更强的光致发光强度和更长的激子寿命，这归因于缺乏生长诱导的缺陷和杂质。

然而基于剥离二维晶体的器件性能在剥离和转移过程中由于污染而下降。2D晶体及其异质结构的组装通常通过聚合物支持的转移技术实现，这些技术涉及从初始基板上拾取并释放材料到目标基板上。聚合物支持物与二维晶体之间的直接接触导致了层间污染，在完成的异质结构的界面或表面上留下残留物。这种污染会严重影响光电器件的性能。为了解决这些问题，已经提出了使用金属涂层氮化硅膜的无机转移方法，虽然这种方法能够制造高质量的范德华(vdW)异质结构，但其复杂性极大地限制了进一步的发展。此外，金辅助机械剥离也避免了聚合物与2D晶体的直接接触，但在随后步骤中去除金膜时仍会带来意外的污染，从而降低用于电气和光学测量的样品性能。因此，需要一种新的转移技术来解决这些问题，实现无污染的2D晶体设备组装。

针对上述问题，电子科技大学相关研究团队利用了威尼斯886699的DMD无掩膜光刻机进行了深入研究，他们提出了一种新颖的范德华(vdW)转移技术，利用带有vdW辅助层的聚氯乙烯覆盖的聚二甲基硅氧烷微穹顶聚合物(MDP)，实现了2D晶体电子和光电器件的无污染组装。相关成果以《Contamination-free assembly of two-dimensional van der Waals heterostructures toward high-performance electronics and optoelectronics》为题发表在《Applied Materials Today》期刊上，原文链接：https://doi.org/10.1016/j.apmt.2025.102657

这篇论文介绍了一种创新的范德华(vdW)转移技术，旨在解决传统2D晶体材料转移过程中常见的污染问题。该研究团队开发了一种利用带有vdW辅助层的聚氯乙烯覆盖的聚二甲基硅氧烷微穹顶聚合物(MDP)的方法，这种技术避免了聚合物直接接触目标材料，从而防止了表面污染，保证了高质量界面的形成。通过这种方法，研究人员能够制造出具有MoS2/WSe2异质结构光电探测器和WSe2场效应晶体管(FETs)，展示了其在提升器件性能方面的巨大潜力。

图 传统转移(c-transfer)与范德华转移(vdW-transfer)过程的比较

研究中，作者详细描述了新型vdW转移技术的制作流程及其与传统方法(c-transfer)的区别。传统的转移方法虽然简单高效，但容易导致聚合物残留和气泡的产生，严重影响器件性能。相比之下，新方法采用的vdW辅助层不仅有效地防止了聚合物与目标材料之间的直接接触，还保留了传统转移过程中的效率优势。更重要的是，这一层可以轻松地从目标材料上剥离，确保了转移后的清洁度和原子级平整度。实验结果显示，使用vdW转移技术制备的样品表面粗糙度显著低于传统方法，证明了新方法在减少污染物方面的确切效果。

图 MoS2/WSe2异质结构的光学显微镜图像和原子力显微镜(AFM)图像

为了验证该技术的实际应用价值，研究团队对比了使用两种不同转移方法制备的MoS2/WSe2异质结构光电探测器和WSe2 FETs的电学及光电特性。结果表明，采用vdW转移技术的光电探测器表现出更线性的光响应、更高的响应度以及更快的响应时间；而基于vdW转移方法制造的FETs则显示出接近30倍的空穴迁移率增加、一个数量级的迟滞减少以及四倍的亚阈值摆幅降低。这些改进直接反映了vdW转移技术在减少界面污染、提高器件整体性能方面的有效性。

图 传统光电探测器(c-PD)与范德华光电探测器(vdW-PD)光电性能的比较

最后研究进一步探讨了vdW转移技术对改善器件性能的具体机制。研究表明，由于减少了界面处的缺陷和杂质，采用vdW转移技术的器件不仅提高了载流子迁移率，还降低了载流子陷阱的影响，这使得器件在高光强下的表现更为稳定。同时，vdW转移技术也显著减少了通道/介质界面上的电荷陷阱，这对于提高FETs的开关速度和稳定性至关重要。综上所述，这项工作不仅为制造高性能2D材料器件提供了一种新的有效途径，同时也为进一步探索和优化这类材料的应用开辟了新的方向。

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