儀商訊：日前，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室(籌)納米物理與器件實(shí)驗(yàn)室利用一種新的金剝離方法，加工得到具有干凈表面的二硫化鉬場效應(yīng)晶體管，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)水分子的靈敏響應(yīng)。該項(xiàng)工作由實(shí)驗(yàn)室博士趙靜在研究員張廣宇的指導(dǎo)下完成。

二維材料由于其超高的表體比、優(yōu)異的機(jī)械性、柔性透明等特性而在濕度傳感器領(lǐng)域顯示了巨大的應(yīng)用前景。以二硫化鉬為代表的過渡金屬硫?qū)倩镉捎谄鋬?yōu)異的電流開關(guān)比、遷移率等特性為其在電子學(xué)器件中的應(yīng)用提供了可能。

二硫化鉬本身是一種N型半導(dǎo)體，因此當(dāng)其表面吸附水分子時(shí)，相當(dāng)于對(duì)其進(jìn)行了P型摻雜，其電學(xué)性質(zhì)會(huì)表現(xiàn)出相應(yīng)的變化?，F(xiàn)階段對(duì)二硫化鉬濕度傳感器的研究主要受制于加工過程本身引入的殘膠對(duì)材料表面的污染，影響了其對(duì)水分子的吸附，從而導(dǎo)致靈敏度不高或響應(yīng)時(shí)間過長等問題。因而，如何得到具有高靈敏、快速響應(yīng)時(shí)間的二硫化鉬濕度傳感器成為制約其應(yīng)用的最主要因素。

針對(duì)上述問題，中科院物理所致力于超靈敏二硫化鉬濕度傳感器的研究，并獲得突破。據(jù)悉，這種加工方法主要是利用二硫化鉬與金之間的作用力遠(yuǎn)大于金與襯底間的作用力，從而可以將多余的二硫化鉬樣品從襯底上完整地剝離下來，同時(shí)保證了用于器件的二硫化鉬表面的干凈。利用這種方法一方面有效避免了加工過程中經(jīng)過反應(yīng)離子刻蝕后表面殘膠對(duì)器件性能的影響，另一方面大大簡化了加工過程，得到了具有超潔凈表面的二硫化鉬場效應(yīng)晶體管，其光學(xué)、電學(xué)性能的顯著提高也從另一個(gè)方面證明了這種加工方法得到的樣品具有更好的性能。

由于利用這種金剝離方法得到的二硫化鉬場效應(yīng)晶體管具有超潔凈的表面，因此能夠靈敏感知外界濕度變化，大大提高了二硫化鉬濕度傳感器的靈敏度。除了具有超高靈敏度外，由于二硫化鉬表面沒有懸掛鍵，對(duì)水分子的吸附是純粹的物理吸附，因此器件可以很容易地進(jìn)行脫吸附，有效縮短了響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間。除此之外，得益于CVD生長的二硫化鉬成膜均勻，可以加工得到一系列具有優(yōu)異性能的二硫化鉬濕度傳感器陣列，從而對(duì)外界不同濕度的空間分布起到定位作用，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測外界濕度分布的變化。

這種基于超潔凈表面的二硫化鉬樣品加工得到的濕度傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間短、使用壽命長、空間分辨率高等特性，可以廣泛應(yīng)用于未來無接觸定位系統(tǒng)及二維材料多功能柔性傳感器陣列領(lǐng)域。