RU2519094C1 - Method of exfoliation of layered crystalline materials - Google Patents
Method of exfoliation of layered crystalline materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2519094C1 RU2519094C1 RU2013105833/05A RU2013105833A RU2519094C1 RU 2519094 C1 RU2519094 C1 RU 2519094C1 RU 2013105833/05 A RU2013105833/05 A RU 2013105833/05A RU 2013105833 A RU2013105833 A RU 2013105833A RU 2519094 C1 RU2519094 C1 RU 2519094C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- exfoliation
- layers
- suspension
- thickness
- crystalline materials
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Развитие нанотехнологий стимулирует рост научного интереса к слоям и пленкам кристаллических материалов, имеющим наноразмерную толщину. С момента получения графена механическим отслаиванием слоев графита [K.S. Novoselov,The development of nanotechnology stimulates the growth of scientific interest in layers and films of crystalline materials having nanoscale thickness. From the moment graphene was obtained by mechanical peeling of graphite layers [K.S. Novoselov,
A.K. Geim, S.V. Morozov et al. Electric field effect in Atomically thin carbon films. Science, 2004, v. 306, p.666] ведутся интенсивные разработки методов эксфолиации слоистых материалов, структурно близких к графиту, а также поиски способов переноса слоев наноразмерной толщины на различные подложки для исследования свойств и для обеспечения практических применений таких слоев. В первую очередь это относится к кристаллам халькогенидов металлов, имеющих гексагональную структуру со слабыми связями между слоями в направлении оси<0001>(GaS, GaSe, GaTe, Bi2Se3, ВiТе3).A.K. Geim, S.V. Morozov et al. Electric field effect in Atomically thin carbon films. Science, 2004, v. 306, p.666], intensive development of methods for exfoliating layered materials structurally similar to graphite is underway, as well as searches for methods of transferring layers of nanoscale thickness to various substrates to study properties and to ensure practical applications of such layers. This primarily relates to metal chalcogenide crystals having a hexagonal structure with weak bonds between the layers in the direction of the <0001> axis (GaS, GaSe, GaTe, Bi2Se3, BiTe3).
Известны способы лазерной и термической эксфолиации GaSe и GaS [U.K. Gautam,Known methods of laser and thermal exfoliation of GaSe and GaS [U.K. Gautam
S. R. С.Vivekchand, A. Govindaraj et al. Generation of onions and nanotubes of GaS and GaSe through laser and thermally induced exfoliation. J. Am. Chem. Soc., 2005, v. 127, 3658-3659] - аналог. Лазерная эксфолиация происходит при обработке взвеси порошка GaSe или GaS в органической жидкости, например в толуоле, лазерным излучением с длиной волны 532 нм. Термическая эксфолиация производится за счет нагрева порошков до 900°С в замкнутом объеме. Однако эти методы предназначены для получения нанотрубок и т.наз. «луковичных» наноструктур и технически не позволяют приготавливать слои наноразмерной толщины с последующим переносом их на подложки.S. R. C. Vivekchand, A. Govindaraj et al. Generation of onions and nanotubes of GaS and GaSe through laser and thermally induced exfoliation. J. Am. Chem. Soc., 2005, v. 127, 3658-3659] - analogue. Laser exfoliation occurs when a suspension of GaSe or GaS powder in an organic liquid, such as toluene, is processed by laser radiation with a wavelength of 532 nm. Thermal exfoliation is performed by heating the powders to 900 ° C in a closed volume. However, these methods are designed to produce nanotubes and the so-called. “Onion” nanostructures and technically do not allow the preparation of layers of nanoscale thickness with their subsequent transfer to the substrate.
Известен способ механической эксфолиации графитовой заготовки, закрепленной с одной стороны на опоре из оптоволокна, с получением графена на поверхности оптоволокна [S.Y. Won. Method for manufacturing pulsed laser using graphene prepared by mechanical exfoliation. Application number KR 20100090781 20100915, 2012] - прототип. Метод состоит в том, что заготовку графита закрепляют с одной стороны на оптоволокне путем вдавливания оптоволокна в графит, а затем производят механическую эксфолиацию графита с противоположной стороны графитовой заготовки с помощью клейкой ленты. Так можно получать графеновые слои непосредственно на поверхности оптоволокна, но способ не позволяет переносить их на другие подложки.A known method of mechanical exfoliation of a graphite billet, mounted on one side on a support of optical fiber, to obtain graphene on the surface of the optical fiber [S.Y. Won. Method for manufacturing pulsed laser using graphene prepared by mechanical exfoliation. Application number KR 20100090781 20100915, 2012] is a prototype. The method consists in the fact that the graphite preform is fixed on one side to the optical fiber by pressing the optical fiber into graphite, and then the graphite is mechanically exfoliated from the opposite side of the graphite preform using adhesive tape. So you can get graphene layers directly on the surface of the optical fiber, but the method does not allow you to transfer them to other substrates.
Задачей данного изобретения является получение слоев наноразмерной толщины из слоистых кристаллов с возможностью последующего осаждения слоев на различные подложки.The objective of the invention is to obtain layers of nanoscale thickness from layered crystals with the possibility of subsequent deposition of layers on various substrates.
Поставленная задача решается путем механической эксфолиации заготовок из слоистых кристаллов, закрепленных с одной стороны на опоре, с использованием клейкой ленты. При этом заготовка закрепляется на опоре из глипталя, а по окончании эксфолиации глипталь растворяется в ацетоне с образованием взвеси кристаллических слоев наноразмерной толщины, после чего слои выделяются из взвеси путем осаждения их на требуемую подложку.The problem is solved by mechanical exfoliation of blanks from layered crystals, fixed on one side to a support, using adhesive tape. In this case, the preform is fixed on a support made of gliptal, and at the end of exfoliation, the gliptal dissolves in acetone with the formation of a suspension of crystalline layers of nanoscale thickness, after which the layers are separated from the suspension by depositing them on the desired substrate.
Для удобства проведения процесса глипталь может быть нанесен тонким слоем на произвольное основание, например на полированное кварцевое стекло.For the convenience of the process, the gliptal can be applied in a thin layer on an arbitrary base, for example, on polished quartz glass.
Предлагаемый способ эксфолиации позволяет получать слои наноразмерной толщины и переносить полученные слои на любую требуемую подложку.The proposed method of exfoliation allows you to obtain layers of nanoscale thickness and transfer the resulting layers to any desired substrate.
Пример 1.Example 1
Монокристалл GaSe механически раскалывают по плоскости спайности (0001). Затем кристалл снова скалывают параллельно уже полученному сколу так, чтобы образовалась заготовка толщиной примерно 0,1 мм. Заготовку плотно прижимают к глипталю при температуре 60°С, затем охлаждают вместе с глипталем до комнатной температуры, после чего производят эксфолиацию со второй стороны заготовки при помощи клейкой ленты («скотча») на полимерной основе. Удаление GaSe клейкой лентой проводят до тех пор, пока селенид галлия продолжает отслаиваться. По окончании этого процесса на глиптале остаются тонкие, преимущественно наноразмерной толщины, пленки GaSe, которые уже не отслаиваются механически при помощи «скотча». Глипталь растворяют в ацетоне, что приводит к образованию взвеси кристаллических слоев наноразмерной толщины, т.к. слои большей толщины быстро оседают на дно. Слои выделяют из взвеси путем осаждения их на подложки из монокристаллического кремния. Получены слои GaSe наноразмерной толщины (примерно 10 нм) на кремниевых подложках. Такой слой показан на Фиг.1, где представлена оптическая микрофотография (поле зрения 635 мкм по горизонтали и 458 мкм по вертикали) слоя GaSe толщиной примерно 10 нм на подложке из монокристаллического кремния. На фотографии Фиг.1 свободная от GaSe поверхность подложки выглядит как темный фон.A GaSe single crystal is mechanically split along the cleavage plane (0001). Then, the crystal is again chipped parallel to the already obtained chip so that a preform with a thickness of about 0.1 mm is formed. The workpiece is tightly pressed to the gliptal at a temperature of 60 ° C, then it is cooled together with the gliptal to room temperature, after which exfoliation is performed on the second side of the workpiece using adhesive tape ("adhesive tape") on a polymer basis. The removal of GaSe with adhesive tape is carried out until gallium selenide continues to exfoliate. At the end of this process, thin, predominantly nanosized thickness, GaSe films remain on the gliptal, which no longer mechanically peel off using tape. Glyptal is dissolved in acetone, which leads to the formation of a suspension of crystalline layers of nanoscale thickness, because layers of greater thickness quickly settle to the bottom. The layers are separated from the suspension by depositing them on single crystal silicon substrates. GaSe layers of nanosized thickness (about 10 nm) on silicon substrates were obtained. Such a layer is shown in FIG. 1, where an optical micrograph (635 μm horizontal and 458 μm vertical) of a GaSe layer about 10 nm thick on a single-crystal silicon substrate is shown. In the photograph of FIG. 1, the GaSe-free surface of the substrate looks like a dark background.
Пример 2.Example 2
Монокристалл GaS механически раскалывают по плоскости спайности (0001). Затем кристалл снова скалывают параллельно уже полученному сколу так, чтобы образовалась заготовка толщиной примерно 0,2 мм. Заготовку плотно прижимают к глипталю при температуре 50°С, затем охлаждают вместе с глипталем до комнатной температуры, после чего производят эксфолиацию со второй стороны заготовки при помощи клейкой ленты («скотча») на полимерной основе. Удаление GaS клейкой лентой проводят до тех пор, пока сульфид галлия продолжает отслаиваться, затем глипталь, на поверхности которого остались тонкие, преимущественно наноразмерной толщины, слои сульфида галлия, растворяют в ацетоне, что приводит к образованию взвеси кристаллических слоев наноразмерной толщины. Слои выделяют из взвеси путем осаждения их на подложки из монокристаллического кремния, пассивированого окислением. Получены слои GaS наноразмерной толщины (около 15 нм) на окисленных кремниевых подложках. Такой слой показан на Фиг.2, где представлена оптическая микрофотография (поле зрения 635 мкм по горизонтали и 458 мкм по вертикали) слоя GaS толщиной около 15 нм на подложке из окисленного монокристаллического кремния. Поверх пластинки GaS (поз.1 на Фиг.2) нанолитографически нанесены золотые контакты (поз.2 на Фиг.2 обозначен один из 24 контактов), что позволяет измерять электрические характеристики нанослоя GaS. На Фиг.3 представлены результаты измерения толщины слоя GaS вблизи нанесенного контакта с помощью атомно-силовой микроскопии (по оси абсцисс показано расстояние в микронах, пройденное зондом микроскола, по оси ординат - высота в нм относительно плоскости подложки). Толщина слоя GaS без контакта - около 15 нм, толщина слоя сульфида галлия с контактом - примерно 24-25 нм.A GaS single crystal is mechanically split along the cleavage plane (0001). Then, the crystal is again chipped parallel to the already obtained chip so that a preform of a thickness of about 0.2 mm is formed. The workpiece is tightly pressed to the gliptal at a temperature of 50 ° C, then it is cooled together with the gliptal to room temperature, after which exfoliation is carried out on the second side of the workpiece using adhesive tape ("adhesive tape") on a polymer basis. Removing GaS with an adhesive tape is carried out until gallium sulfide continues to exfoliate, then gliptal, on the surface of which thin, mainly nanosized thickness layers of gallium sulfide remain, are dissolved in acetone, which leads to the formation of a suspension of crystalline layers of nanosized thickness. The layers are separated from the suspension by depositing them on substrates of single crystal silicon, passivated by oxidation. GaS layers of nanosized thickness (about 15 nm) on oxidized silicon substrates were obtained. Such a layer is shown in FIG. 2, where an optical micrograph (635 μm horizontal and 458 μm vertical) of a GaS layer about 15 nm thick on an oxidized single-crystal silicon substrate is presented. On top of the GaS plate (pos. 1 in Fig. 2), gold contacts are deposited nanolithographically (pos. 2 in Fig. 2, one of the 24 contacts is marked), which makes it possible to measure the electrical characteristics of the GaS nanolayer. Figure 3 presents the results of measuring the thickness of the GaS layer near the applied contact using atomic force microscopy (the abscissa shows the distance in microns traveled by the microscope probe, the ordinate shows the height in nm relative to the substrate plane). The thickness of the GaS layer without contact is about 15 nm, the thickness of the gallium sulfide layer with the contact is about 24-25 nm.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013105833/05A RU2519094C1 (en) | 2013-02-12 | 2013-02-12 | Method of exfoliation of layered crystalline materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013105833/05A RU2519094C1 (en) | 2013-02-12 | 2013-02-12 | Method of exfoliation of layered crystalline materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2519094C1 true RU2519094C1 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=51216590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013105833/05A RU2519094C1 (en) | 2013-02-12 | 2013-02-12 | Method of exfoliation of layered crystalline materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2519094C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2768954C1 (en) * | 2021-06-09 | 2022-03-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Method for obtaining gallium sulfide (ii) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1655633A2 (en) * | 1996-08-27 | 2006-05-10 | Seiko Epson Corporation | Exfoliating method, transferring method of thin film device, and thin film device, thin film integrated circuit device, and liquid crystal display device produced by the same |
RU2443728C2 (en) * | 2010-05-24 | 2012-02-27 | Учреждение Российской Академии Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В. Топчиева Ран (Инхс Ран) | Method of producing exfoliated nanocomposite |
US20120132357A1 (en) * | 2008-06-12 | 2012-05-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for exfoliating carbonization catalyst from graphene sheet, method for transferring graphene sheet from which carbonization catalyst is exfoliated to device, graphene sheet and device using the graphene sheet |
KR101146560B1 (en) * | 2010-09-15 | 2012-07-11 | 한국과학기술연구원 | Method for manufacturing pulsed laser using graphene prepared by mechanical exfoliation |
-
2013
- 2013-02-12 RU RU2013105833/05A patent/RU2519094C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1655633A2 (en) * | 1996-08-27 | 2006-05-10 | Seiko Epson Corporation | Exfoliating method, transferring method of thin film device, and thin film device, thin film integrated circuit device, and liquid crystal display device produced by the same |
US20120132357A1 (en) * | 2008-06-12 | 2012-05-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for exfoliating carbonization catalyst from graphene sheet, method for transferring graphene sheet from which carbonization catalyst is exfoliated to device, graphene sheet and device using the graphene sheet |
RU2443728C2 (en) * | 2010-05-24 | 2012-02-27 | Учреждение Российской Академии Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В. Топчиева Ран (Инхс Ран) | Method of producing exfoliated nanocomposite |
KR101146560B1 (en) * | 2010-09-15 | 2012-07-11 | 한국과학기술연구원 | Method for manufacturing pulsed laser using graphene prepared by mechanical exfoliation |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
GAUTAM U K et al, Generation of onions and nanotubes of GaS and GaSe through laser and thermally induced exfoliation, "J. Am. Chem. Soc.", 2005, vol.127, p.p.3658-3659 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2768954C1 (en) * | 2021-06-09 | 2022-03-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Method for obtaining gallium sulfide (ii) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Roy et al. | Structure, properties and applications of two‐dimensional hexagonal boron nitride | |
Nie et al. | Ultrafast growth of large-area monolayer MoS2 film via gold foil assistant CVD for a highly sensitive photodetector | |
Lv et al. | Two-dimensional transition metal dichalcogenides: Clusters, ribbons, sheets and more | |
Gurarslan et al. | Surface-energy-assisted perfect transfer of centimeter-scale monolayer and few-layer MoS2 films onto arbitrary substrates | |
Su et al. | Direct formation of wafer scale graphene thin layers on insulating substrates by chemical vapor deposition | |
Wang et al. | Shape evolution of monolayer MoS2 crystals grown by chemical vapor deposition | |
Molaei et al. | A comprehensive review on recent advances in two-dimensional (2D) hexagonal boron nitride | |
Xia et al. | CVD synthesis of large-area, highly crystalline MoSe 2 atomic layers on diverse substrates and application to photodetectors | |
Sheng et al. | Photoluminescence segmentation within individual hexagonal monolayer tungsten disulfide domains grown by chemical vapor deposition | |
Mogera et al. | Highly decoupled graphene multilayers: turbostraticity at its best | |
Ly et al. | Edge delamination of monolayer transition metal dichalcogenides | |
Gao et al. | Layer-by-layer removal of insulating few-layer mica flakes for asymmetric ultra-thin nanopore fabrication | |
Peña et al. | Strain engineering 2D MoS2 with thin film stress capping layers | |
Huang et al. | An efficient route to prepare suspended monolayer for feasible optical and electronic characterizations of two‐dimensional materials | |
Nayak et al. | Layer-dependent optical conductivity in atomic thin WS2 by reflection contrast spectroscopy | |
Wang et al. | High-fidelity transfer of chemical vapor deposition grown 2D transition metal dichalcogenides via substrate decoupling and polymer/small molecule composite | |
Lu et al. | Anomalous temperature-dependent Raman scattering of vapor-deposited two-dimensional Bi thin films | |
Zhou et al. | Onion-structured spherical MoS2 nanoparticles induced by laser ablation in water and liquid droplets’ radial solidification/oriented growth mechanism | |
Liang et al. | Carbon-nanoparticle-assisted growth of high quality bilayer WS 2 by atmospheric pressure chemical vapor deposition | |
Lv et al. | Controllable growth of few-layer niobium disulfide by atmospheric pressure chemical vapor deposition for molecular sensing | |
Ma et al. | Facile method to prepare CdS nanostructure based on the CdTe films | |
RU2519094C1 (en) | Method of exfoliation of layered crystalline materials | |
Chang et al. | Patterns of solution-processed graphene oxide produced by a transfer printing method | |
Zhao et al. | Single-crystalline CdSe nanostructures: From primary grains to oriented nanowires | |
Huang et al. | Layer-dependent morphologies of silver on n-layer graphene |