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二维材料刻蚀:精准雕琢原子级薄膜的核心技术​

更新时间:2025-09-21      点击次数:87
  在纳米科技与半导体产业飞速发展的今天,以石墨烯、二硫化钼、黑磷为代表的二维材料,凭借原子级厚度、优异的电学与光学性能,成为构建下一代电子器件的核心材料。而二维材料刻蚀技术,作为实现材料精准图案化、制备高性能器件的关键环节,正带领着微观加工领域的技术革新。​
  二维材料刻蚀的核心是在原子级厚度的薄膜上,按照预设图案去除特定区域材料,同时保证剩余材料的结构完整性与性能稳定性。其技术原理根据刻蚀机制可分为干法刻蚀与湿法刻蚀两大类。干法刻蚀以等离子体刻蚀为代表,通过射频电源激发气体产生高能等离子体,利用活性离子与材料表面的化学反应或物理轰击,实现精准刻蚀;湿法刻蚀则借助化学溶液与材料的选择性反应,溶解目标区域,操作简便且成本较低。目前,等离子体刻蚀因具有刻蚀精度高、各向异性好的优势,成为二维材料器件制备的主流技术。​
 

二维材料刻蚀

 

  该技术的突出特点在于超高精度与高选择性。借助先进的光刻掩模技术,二维材料刻蚀的线宽可控制在10纳米以下,满足量子器件与高频电子器件的制备需求;同时,通过调控刻蚀气体比例或溶液成分,可实现对特定二维材料的选择性刻蚀,避免损伤基底或异质结结构。此外,低温刻蚀技术的应用,有效减少了刻蚀过程中材料的热损伤,保障了二维材料的本征性能。​
  在应用领域,二维材料刻蚀技术已展现出巨大潜力。在半导体行业,基于石墨烯的高频晶体管通过精准刻蚀实现栅极图案化,其电子迁移率是传统硅基器件的数十倍;在光电子领域,二硫化钼薄膜经刻蚀形成的微纳结构,可制备高灵敏度光电探测器与微型激光器;在能源领域,刻蚀后的黑磷纳米片因增大比表面积,成为高效的锂离子电池负极材料。​