CN110416235B - 一种中空表面等离激元结构的二维材料复合多色红外探测芯片 - Google Patents

一种中空表面等离激元结构的二维材料复合多色红外探测芯片 Download PDF

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Abstract

本发明设计了一种中空表面等离激元结构的二维材料复合多色红外探测芯片，其单个芯片的各部分由上至下依次为金属电极（1）、表面等离激元层（2）、二维材料层（3）、电学通道（4）、CMOS读出电路（5），本发明的二维材料中红外探测器能够完成对可见光、红外光的响应。与现有的一些红外探测器相比，具有可见/红外多色探测、中红外波段光谱响应、高响应度、高探测率、高分辨率等优点。

Description

一种中空表面等离激元结构的二维材料复合多色红外探测 芯片
技术领域
本发明属于光探测技术、金属纳米材料领域，尤其涉及一种中空表面等离激元结构/二维材料复合多色红外探测芯片阵列器件。
背景技术
红外探测芯片在红外领域中居于核心地位，它能在恶劣气候条件或黑暗环境下提供稳定观测，在航空航天、红外制导、安防警报、自动驾驶、环境监测、气象卫星均有广泛应用，是关系到尖端科技产业发展和国计民生的重要器件。随着对红外探测需求的不断扩大，上述领域对红外探测芯片的探测性能及探测方法的要求越来越高，高响应度、多工作波段扩展、高分辨率、集成化正成为红外探测技术的发展方向。然而，传统的红外探测芯片响应度较低、探测波长受限、分辨率较低、难以集成化等缺点难以采用现有技术手段克服，因此，发展更高响应度、宽光谱多波长探测、更高集成度的红外探测芯片需要新的技术方法。
二维材料是一类具有原子层厚度的超薄材料，其具有与光的相互作用强、带隙可调谐、超高电导率等多种新颖物理特性，为研制高响应度、宽光谱响应、高集成化的红外探测芯片提供了新的思路。然而，二维材料的超薄厚度限制了其光吸收能力，导致现有的二维材料探测器的响应度仍有很大的提升空间。此外，其探测分辨率仍未突破光学衍射极限，且探测范围受半导体带隙的限制，难以进一步集成。为了解决上述问题，引入表面等离激元这一效应。表面等离激元是光与亚波长金属材料相互作用时产生的全新物理效应，能够将光局域在深度亚波长之间，可突破光学衍射极限，实现纳米尺度下光的高效调控，极大地提高光的吸收。通过将等离激元与二维材料结合，完成了高响应度、突破光学衍射极限的、可见光波段的宽光谱吸收。
然而，等离激元大部分工作在可见光波段，无法完成红外波段的增强。因此目前缺乏宽光谱增强的多色探测器件来完成更大波长区域的红外探测，所以无法完成从可见光到中红外波段的超宽光谱的响应。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的红外探测器存在的响应光谱范围窄、分辨率低、探测率低和响应度低等瓶颈问题。提出了一种中空表面等离激元结构/二维材料复合多色红外探测结构，该方案能够有效拓宽响应光谱至中红外波段，可实现红外/可见光波段的多色探测，并能提高探测器的分辨率、探测率和响应度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，本发明设计了一种中空表面等离激元结构的二维材料复合多色红外探测芯片，单个芯片包括多个探测器，所述探测器由上至下依次为电极、表面等离激元层、二维材料层、电学通道、CMOS电路。
其中，二维材料层通过PDMS技术设计出阵列形状，然后进行外延生长。也可采用化学气相沉积的方法生长二维材料，然后再用光刻技术刻出阵列结构。等离激元层包括中空的金属板和金属纳米颗粒，其中中空金属板沉积在二维材料层上，金属纳米颗粒沉积在金属板的中空区域内或中空区域外。等离激元层可将入射光局域在中空三角板尖端区域、金属纳米颗粒-金属纳米颗粒之间，通过局域场增强效应实现光强的放大，提高了二维材料对光的吸收，并在电极两端外加偏置电压从而完成光电转换。通过电学通道将二维材料层与CMOS读出电路与相连，再连接外部成像设备，实现了一个完整的成像探测单元。
所述探测单元的尺寸大小为10微米至100微米，m×n个探测单元组成二维阵列，m和n的取值为2到1000，构成的探测芯片尺寸在20微米至10000微米。
所述电极为金，或银，或铜，或铬的金属板。可采用电子束蒸发，或磁控溅射，或热蒸发的方法制备得到。
所述表面等离激元层为中空金属板和金属纳米颗粒的复合结构，中空金属板与金属纳米颗粒均沉积在二维材料层上，一部分金属纳米颗粒位于金属板的中空区域中，其它金属纳米颗粒位于金属板的中空区域外。
所述表面等离激元层采用中空金属板中镶嵌金属小颗粒的结构，供选材料为金，或银，或铜，或铂或是四种金属两两复合所值得的复合金属。中空金属板形貌为中空三角板，尺寸范围从1微米到10微米。金属颗粒的形貌可为纳米球，或纳米棒，或纳米三角板，或纳米多面体，尺寸范围从5纳米到1000纳米。金属纳米颗粒通过溶液法进行制备，直径大小可通过调整试剂剂量与反应时间控制。
中空金属板可通过电化学置换反应、柯肯达尔效应法、软模版法制备，也可通过电子束光刻或聚焦离子束刻蚀法对金属板加工制备。中空金属纳米颗粒可通过溶液法生长制备。在可见光波段，当入射光频率与金属纳米颗粒固有频率匹配时将会激发等离激元共振现象。金属纳米结构的这一现象将极大地提高纳米颗粒之间的电磁场密度，在这一区域内吸收光子数明显提升，从而显著提升二维材料的光吸收能力。由于不同尺寸、形貌的金属纳米颗粒对应不同的吸收峰，通过在二维材料表面沉积不同尺寸、形貌的金属纳米颗粒，可实现位于可见光波段的宽光谱吸收。微米尺寸的中空金属板对红外波段的入射光敏感，当入射光入射到金属表面时激发了电子的集体振荡，金属微纳结构的局域电场增强，光能被强烈地吸收。这使得二维材料的晶格强烈振动，声子作用加剧并阻碍电子的运动，使得电子的平均自由程变小，材料的电阻增大，外加偏置电压即可完成探测。在二维材料表面沉积不同微米尺寸的中空金属板，实现了红外波段的宽光谱增强。
所述的二维材料层，供选材料为带隙覆盖不同波段的二维材料，如带隙覆盖红外波段的石墨烯；如带隙覆盖到中红外波段的PtSe2，或BP，或InSb等小带隙二维材料；如带隙覆盖到近红外波段的MoS2，或WS2，或WSe2等；如带隙在可见光波段的InSe，或SnS2，或SnSe2等材料，其厚度为2纳米至20纳米。可采用PDMS“印章”技术，预先制造出所需的模板。根据模板可采用外延生长法制造出所需二维材料阵列，二维材料的形状及排布方式可控。也可采用化学气相沉积的方法生长二维材料，再用电子束光刻或紫外线光刻刻出阵列化图案。二维材料还可采用机械剥离法或氧化还原法制备。
所述的电学通道（4）供选材料为铟，电学通道用以连接二维材料层内电子传输轨道与读出电路，电流通过电学通道由二维材料层传至CMOS读出电路进行后续处理。
所述CMOS读出电路（5）在供选材料上刻出，选用材料为Si或蓝宝石或SiN或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，PEN(聚对萘二甲酸乙二醇酯)，或PI(聚酰亚胺)等聚合物材料。对于Si，或蓝宝石，或SiN等基底，采用传统的CMOS制造工艺形成电路。在柔性衬底上（PET、PEN、PI）可采用印刷电子工艺，主要采用点胶直写的方法形成导电线路，完成CMOS读出电路的设计。CMOS读出电路接收来自二维材料传输通道内的电流，收集来自每个像素单元上的电信号，再经过后续的信号放大、非均匀性校正等一系列处理后转化为视频信号并在成像仪上成像。
当入射光照射到表面等离激元层与二维材料介质层分界面时，金属表面的自由电子发生集体振荡，若电子的振荡频率与入射光频率一致就会产生共振，电磁场的能量将有效地转变为金属表面的集体动能，产生了一种特殊的电磁模式即表面等离激元现象。入射光被限制在中空金属三角板-金属纳米颗粒、金属纳米颗粒-金属纳米颗粒的结构中，基于局域增强效应，光强密度得到了几个数量级的提升。在可见入射光的照射下，价带中的电子吸收光子后进入导带，在电极两端加偏置电压后形成了电流。若入射光为红外光，主要基于光热效应进行探测。红外辐射的热能转移到与晶格中，振动加剧，温度升高。声子阻碍了电子的流动，导致材料的电阻变大，最终通过外加电压可完成红外光的探测。
相对于现有技术，本发明的优点如下：
1.常见的二维材料-等离激元结合的光电探测器大多采用光电效应机理，工作在可见光波段，无法完成在红外光波段的响应。在红外波段，基于二维材料全新的光热机理，通过红外光辐射的热能转移到二维材料晶格中，导致晶格升温，产生电流变化，从而完成了突破材料带隙、可分辨的红外负响应，可实现覆盖到红外波段的探测。此外，通常光热效应不具备选择性探测的功能，而本发明通过改变等离激元结构的形貌、尺寸可以调控热的产生和传递，实现特定波长的选择探测。结合二维材料的暗电流低的特点，进一步利用红外波段金属纳米颗粒对器件的p掺杂作用，将抑制探测器的暗电流噪声，大大提升红外探测器的灵敏度和探测率。
2.目前尚未有将微米尺度的中空金属三角板用于中红外增强光探测的研究，本发明利用中空金属三角板结构实现二维材料的红外光谱增强响应，且中空结构不会对短波长的可见光波段的入射光造成遮挡。通过进一步将金属纳米颗粒转移至二维材料表面可极大地增强可见光的吸收，在二维材料层上沉积不同尺寸形貌的金属纳米颗粒可完成可见光波段的多色探测。因此，器件可实现覆盖可见-红外光波段的室温多色探测。
3. 现有双色探测器中，可见光与红外光对应不同数量级的注入电流，更小的动态输出阻抗使得红外光注入读出电路的电流更大，因此需要设计不同的读出电路、互联结构以完成不同光波段对应电信号的处理。而本发明中对红外波段的探测基于光热效应，由于声子对电子流动的阻碍作用，其注入电流较小且与可见光波段对应的注入电流基本在同一数量级。因而本发明中可见/红外波段光的探测可采用同一种互联结构和读出电路，有利于探测器芯片的集成化。
4.结合二维材料兼容性好、机械强度高的特性，本发明可采用印刷电子技术在柔性衬底上（PET、PEN、PID等）制造CMOS电路部分，主要采用点胶直写的方法形成导电线路，可根据具体要求设计制造出不同的图案结构。与传统CMOS制造工艺相比，柔性印刷电子技术具有可大面积制造、个性化定制、柔性化、低成本、绿色环保等优点。
附图说明
图1是这种基于中空表面等离激元结构/二维材料复合多色红外探测芯片阵列的结构图。
图2是基于中空表面等离激元结构/二维材料复合多色红外探测器的主视图。
图3a是椭球金属纳米颗粒-中空金属三角板结构的俯视图，图3b是球纳米金属颗粒-中空金属三角板结构的俯视图，图3c是三角板金属纳米颗粒-中空金属三角板结构的俯视图，图3d是长方体金属纳米颗粒-中空金属三角板结构的俯视图。
图4是图3中不同尺寸的中空金属板的宽光谱响应。
图中有：1、金属电极，2、表面等离激元层，21、金属纳米颗粒，22、中空金属三角板，3、二维材料层，4、电学通道，5、CMOS读出电路。
具体实施方式
为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式进一步介绍该发明；
实施例1：参见图1-图4，一种中空表面等离激元结构的二维材料复合多色红外探测芯片，单个芯片包括多个探测器，所述探测器由上至下依次为电极1、表面等离激元层2、二维材料层3、电学通道4、CMOS电路5。其中，二维材料层3通过PDMS技术设计出阵列形状，然后进行外延生长。也可采用化学气相沉积的方法生长二维材料，然后再用光刻技术刻出阵列结构。等离激元层包括中空的金属板和金属纳米颗粒，其中中空金属板沉积在二维材料层上，金属纳米颗粒沉积在金属板的中空区域内或中空区域外。等离激元层可将入射光局域在中空三角板尖端区域、金属纳米颗粒-金属纳米颗粒之间，通过局域场增强效应实现光强的放大，提高了二维材料对光的吸收，并在电极两端外加偏置电压从而完成光电转换。通过电学通道将二维材料层与CMOS读出电路与相连，再连接外部成像设备，实现了一个完整的成像探测单元。
所述探测单元3的尺寸大小为10微米至100微米，m×n个探测单元组成二维阵列，m和n的取值为2到1000，构成的探测芯片尺寸在20微米至10000微米。
所述电极1为金，或银，或铜，或铬的金属板。可采用电子束蒸发，或磁控溅射，或热蒸发的方法制备得到。
所述表面等离激元层2为中空金属板21和金属纳米颗粒22的复合结构，中空金属板与金属纳米颗粒均沉积在二维材料层上，一部分金属纳米颗粒位于金属板的中空区域中，其它金属纳米颗粒位于金属板的中空区域外。
所述表面等离激元层采用中空金属板中镶嵌金属小颗粒的结构，供选材料为金，或银，或铜，或铂或是四种金属两两复合所值得的复合金属。中空金属板形貌为中空三角板，尺寸范围从1微米到10微米。金属颗粒的形貌可为纳米球，或纳米棒，或纳米三角板，或纳米多面体，尺寸范围从5纳米到1000纳米。金属纳米颗粒通过溶液法进行制备，直径大小可通过调整试剂剂量与反应时间控制。
中空金属板可通过电化学置换反应、柯肯达尔效应法、软模版法制备，也可通过电子束光刻或聚焦离子束刻蚀法对金属板加工制备。中空金属纳米颗粒可通过溶液法生长制备。在可见光波段，当入射光频率与金属纳米颗粒固有频率匹配时将会激发等离激元共振现象。金属纳米结构的这一现象将极大地提高纳米颗粒之间的电磁场密度，在这一区域内吸收光子数明显提升，从而显著提升二维材料的光吸收能力。由于不同尺寸、形貌的金属纳米颗粒对应不同的吸收峰，通过在二维材料表面沉积不同尺寸、形貌的金属纳米颗粒，可实现位于可见光波段的宽光谱吸收。微米尺寸的中空金属板对红外波段的入射光敏感，当入射光入射到金属表面时激发了电子的集体振荡，金属微纳结构的局域电场增强，光能被强烈地吸收。这使得二维材料的晶格强烈振动，声子作用加剧并阻碍电子的运动，使得电子的平均自由程变小，材料的电阻增大，外加偏置电压即可完成探测。在二维材料表面沉积不同微米尺寸的中空金属板，实现了红外波段的宽光谱增强。
所述的二维材料层，供选材料为带隙覆盖不同波段的二维材料，如带隙覆盖红外波段的石墨烯；如带隙覆盖到中红外波段的PtSe2，或BP，或InSb等小带隙二维材料；如带隙覆盖到近红外波段的MoS2，或WS2，或WSe2等；如带隙在可见光波段的InSe，或SnS2，或SnSe2等材料，其厚度为2纳米至20纳米。可采用PDMS“印章”技术，预先制造出所需的模板。根据模板可采用外延生长法制造出所需二维材料阵列，二维材料的形状及排布方式可控。也可采用化学气相沉积的方法生长二维材料，再用电子束光刻或紫外线光刻刻出阵列化图案。二维材料还可采用机械剥离法或氧化还原法制备。
所述的电学通道4供选材料为铟，电学通道用以连接二维材料层内电子传输轨道与读出电路，电流通过电学通道由二维材料层传至CMOS读出电路进行后续处理。
所述CMOS读出电路（5）在供选材料上刻出，选用材料为Si或蓝宝石或SiN或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，PEN(聚对萘二甲酸乙二醇酯)，或PI(聚酰亚胺)等聚合物材料。对于Si，或蓝宝石，或SiN等基底，采用传统的CMOS制造工艺形成电路。在柔性衬底上（PET、PEN、PI）可采用印刷电子工艺，主要采用点胶直写的方法形成导电线路，完成CMOS读出电路的设计。CMOS读出电路接收来自二维材料传输通道内的电流，收集来自每个像素单元上的电信号，再经过后续的信号放大、非均匀性校正等一系列处理后转化为视频信号并在成像仪上成像。当入射光照射到表面等离激元层与二维材料介质层分界面时，金属表面的自由电子发生集体振荡，若电子的振荡频率与入射光频率一致就会产生共振，电磁场的能量将有效地转变为金属表面的集体动能，产生了一种特殊的电磁模式即表面等离激元现象。入射光被限制在中空金属三角板-金属纳米颗粒、金属纳米颗粒-金属纳米颗粒的结构中，基于局域增强效应，光强密度得到了几个数量级的提升。在可见入射光的照射下，价带中的电子吸收光子后进入导带，在电极两端加偏置电压后形成了电流。若入射光为红外光，主要基于光热效应进行探测。红外辐射的热能转移到与晶格中，振动加剧，温度升高。声子阻碍了电子的流动，导致材料的电阻变大，最终通过外加电压可完成红外光的探测。
应用实施例1：参见图1-图4，本发明设计了一种中空表面等离激元结构/二维材料复合多色红外探测芯片阵列，单个芯片中包括金属电极1、表面等离激元层2、二维材料层3、电学通道4、CMOS电路5，本发明中中空表面等离激元结构/二维材料复合多色红外探测芯片阵列结构的制备工艺如下：首先，将硅片在丙酮、异丙醇中超声清洗15分钟，随后使用等离子体清洗机清洗5分钟。而后，采用PDMS“印章”技术制造出二维材料阵列模板，然后通过外延生长制备得到二维材料晶体后，再用PMMA将二维材料转移到基底上。接着，在二维材料上均匀旋涂正光刻胶，在70℃下烘烤5分钟，进行紫外曝光或电子束曝光以形成探测器的电极图案。然后，放入显影液中剥离多余的光刻胶后。当光刻胶完全剥离后，使用电子束蒸发镀膜的方法蒸镀金膜等电极材料。最后，将样品放入丙酮中剥离多余电极材料膜，再放入异丙醇中清洗器件，随后用氮气吹干后得到最终的探测器芯片。与探测器相连的外围电路部分可在柔性衬底上（PET、PEN、PI）采用印刷电子工艺制造，主要采用点胶直写的方法形成导电线路。
当入射光照射到表面等离激元层与二维材料介质层分界面时，金属表面的自由电子发生集体振荡，若电子的振荡频率与入射光频率一致就会产生共振，电磁场的能量有效地转变为金属表面的集体动能，产生了一种特殊的电磁模式即表面等离激元现象。入射光被局域在中空金属三角板-金属纳米颗粒的结构中并被增强。若入射光为可见光，在经过金属纳米颗粒结构的放大后，根据光电效应，光照条件下产生的光生载流子在偏置电压的作用下形成电流，完成了光信号向电信号的转换。红外波段的探测主要基于光热效应，红外光经过中空金属板结构的增强后照射二维材料，热能转移到二维材料中，温度升高。由于声子对电子流动的阻碍作用，电子的平均自由程减小，电阻增大。在电极两端外加偏置电压形成电流，完成光电转换。探测器收集的电信号经过CMOS读出电路和后续一系列处理最终成像。
应用实施例2：
图1所示的是制备出的中空表面等离激元结构/二维材料复合多色红外探测芯片阵列。首先，将硅片放入丙酮、异丙醇中各超声清洗15分钟，随后使用等离子体清洗机清洗5分钟。本发明中采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)“印章”技术进行二维材料图形的生长，具体过程如下。在SiO2/Si上旋涂一层10微米厚的负光刻胶，然后用Cr/石英掩模在光刻胶上进行光刻以产生具有正浮雕图案的母版。母版在200℃下固化20分钟，冷却至室温。通过PDMS前驱体和交联剂的混合物(质量比为10:1)，将PDMS“印章”投射到母版上，温度设置为90℃固化1小时后剥落。然后将含有饱和PDMS低聚物的丙酮、乙醇或环己烷等溶剂油墨(0.5ml)通过微孔阵列的管道导入PDMS“印章”表面。接着将PDMS“印章”上的微孔阵列朝下放置在新切割的云母片表面，将云母片放入真空室中，与干燥泵连接约5分钟使有机溶剂干燥。然后将微凹槽冲洗过的SiO2衬底从PDMS“印章”中取出。基底被分为阵列结构，在各个阵列结构中外延生长二维材料晶体。完成制备二维材料后，在其表面旋涂正光刻胶并在70℃的温度下烘烤5分钟。烘干完成后接着进行紫外曝光，形成晶体管的电极图案。分别选取丙酮和异丙醇作为显影、定影液，将带有电极图案的晶体管放入显影液中溶解多余的光刻胶，接着放入定影液中去除显影液，此时电极图案易于分辨，可使用电子束真空蒸发镀膜仪蒸镀电极材料。最后，将晶体管放入丙酮中剥离多余电极材料膜，再放入异丙醇中清洗器件，随后用氮气吹干后得到最终的探测器件。与探测器相连的外围电路部分可在柔性衬底上（PET、PEN、PI）采用印刷电子工艺制造，主要采用点胶直写的方法形成导电线路。
金属纳米结构的局域场增强效应极大地提升了其周围的电磁场密度，使入射光被局域在中空金属三角板-金属纳米颗粒的结构中并被强烈吸收。若入射光为可见光，光照后二维材料内产生大量光生载流子，在外加电压的作用下就形成了电流，完成了光信号向电信号的转换。若入射光在红外波段，基于光热效应，二维材料受光照射后晶格振动加剧，温度升高，声子作用加剧并阻碍了电子的运动，导致材料的电阻增大。通过外加电压，就完成了红外波段的探测。得到电信号后，再经过CMOS读出电路对像元信号的寻址，采样，放大，数模转换等一系列处理后最终在成像仪上成像。

Claims (7)

1.一种中空表面等离激元结构的二维材料复合多色红外探测芯片，其特征在于，单个芯片包括多个探测器，所述探测器由上至下依次为电极（1）、表面等离激元层（2）、二维材料层（3）、电学通道（4）、CMOS电路（5），所述表面等离激元层（2）为中空金属板（21）和金属纳米颗粒（22）的复合结构，中空金属板与金属纳米颗粒均沉积在二维材料层上，一部分金属纳米颗粒位于金属板的中空区域中，其它金属纳米颗粒位于金属板的中空区域外。
2.根据权利要求1所述的中空表面等离激元结构的二维材料复合多色红外探测芯片，其特征在于，所述电极（1）为金，或银，或铜，或铬等金属材料。
3.根据权利要求2所述的中空表面等离激元结构的二维材料复合多色红外探测芯片，其特征在于，所述中空金属板的形状为中空三角板，尺寸范围从1微米到10微米，金属纳米颗粒的形状为纳米球，或纳米棒，或纳米三角板，或纳米钉，尺寸范围从5纳米到1000纳米。中空金属板和金属纳米颗粒供选的材料为金，或银，或铜，或铂，或是这四种金属两两复合所制得的复合金属。
4.根据权利要求3所述的中空表面等离激元结构的二维材料复合多色红外探测芯片，其特征在于，所述二维材料层（3）的供选材料为带隙覆盖不同波段的二维材料，包括带隙覆盖红外波段的石墨烯；带隙覆盖到中红外波段的PtSe2，或BP，或InSb等小带隙二维材料；或带隙覆盖到近红外波段的MoS2，或WS2，或WSe2，或带隙在可见光波段的InSe，或SnS2，或SnSe2。
5.根据权利要求4所述的中空表面等离激元结构的二维材料复合多色红外探测芯片，其特征在于，所述的电学通道（4）供选材料为铟，电学通道用以连接二维材料层内电子传输轨道与读出电路，电流通过电学通道由二维材料层传至CMOS读出电路进行后续处理。
6.根据权利要求5所述的中空表面等离激元结构的二维材料复合多色红外探测芯片，其特征在于，所述CMOS读出电路（5）在供选材料上刻出，选用材料为Si或蓝宝石或SiN或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，PEN(聚对萘二甲酸乙二醇酯)，或PI(聚酰亚胺)等聚合物材料。
7.根据权利要求6所述的中空表面等离激元结构的二维材料复合多色红外探测芯片，其特征在在于，所述二维材料层（3）厚度范围为2纳米到20纳米，其具体的制备方法如下，可采用PDMS“印章”技术，预先制造出所需的模板，根据模板可采用外延生长法制造出所需二维材料阵列，二维材料的形状及排布方式可控或者采用化学气相沉积的方法生长二维材料，再用电子束光刻或紫外线光刻刻出阵列化图案，或者二维材料还可采用机械剥离法或氧化还原法制备。
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