利用喷墨打印技术在二维材料上实现无缺陷金属沉积

二维材料具有许多突出的特性，使它们对电子器件的制造具有吸引力，如高导电性、灵活性和透明度。然而，在商业器件和电路中集成二维材料是具有挑战性的，因为它们的结构和性能在制造过程中可能会被破坏。最近的研究表明，标准的金属沉积技术（如电子束蒸发和溅射）会显著破坏二维材料的原子结构。这里表明，通过喷墨打印技术沉积金属不仅不会对超薄二维材料的原子结构产生任何可观察到的破坏，而且可以保持尖锐的界面。这些结论得到了原子模拟、透射电子显微镜、纳米化学计量学和探针台的器件表征获得的大量数据的支持。这些结果对于理解应用于二维材料的喷墨打印技术非常重要，它们可以促进更好的设计和优化电子器件和电路。

使用二维材料来构建集成电路将代表着微纳米电子领域的一场革命。然而，金属在二维材料上的沉积和溅射--这是构建电路的一个必要过程--会损害其表面，导致性能和可靠性下降。本文将为大家介绍最新发表 在Advanced Materials 主刊上题为“ Defect-Free Metal Deposition on 2D Materials via Inkjet Printing Technology ”的文章。这项工作发现，通过喷墨打印技术在二维材料上沉积金属不会产生任何缺陷，我们可以观察到完美的层状结构和清晰的界面。在器件层面，喷墨打印的器件展现出稳定的性能，这在用其他金属沉积方法制备的器件中观察不到。

这项工作详尽地分析了三种不同的金属沉积技术（电子束蒸发、溅射和喷墨打印）在机械剥离和化学气相沉积制备的 18层厚（ 6纳米）氮化硼（h-BN）堆叠的形态中引入的损伤。我们选择这种材料是因为引入的损伤可能比其他任何二维层状材料有更大的影响，因为h-BN被用作电介质来阻止/调节平面外的电流，在这个方向上，原子缺陷会成倍地增加泄漏电流--也就是说，h-BN中的平面外电流将比石墨烯、MXenes和二维半导体的平面内电流更受局部缺陷影响。本文使用这个厚度是因为它与有史以来报道的一些最杰出的基于h-BN的器件所使用的厚度一致。本文的研究表明电子束沉积和溅射都会在h-BN中引入大量缺陷，尤其是化学合成的h-BN。然而，喷墨打印技术并没有在h-BN的原子结构中产生任何可观察到的损伤，通过大量的透射电子显微图像肯定了喷墨打印技术在h-BN上沉积金属不会产生任何缺陷。

图1. a,b,c) 制备过程. d1) 旋涂光刻胶保护h-BN. d2) 用机械剥离的Au电极保护h-BN. d3) 用Ag ink保护h-BN.e) 在三个样品上镀一层17 nm的Au. f,g) 三个样品的光学图像. h,i,j) 三个样品的SEM图像

本文通过机械剥离法剥离出 6nm厚、 30μm长的h-BN薄片，并将其转移在有标记的300nmSiO2/Si上（见图1a-c），以便在随后的分析中通过扫描找到位置。接着，使用三种不同的方法将h-BN薄膜的一部分保护起来：i)通过光刻一个10μm 10μm的正方形负光刻胶（图1d1），ii）通过转移Au电极（图1d2），和iii）通过喷墨打印沉积Ag墨水（图1d3）。然后， 17纳米厚的金膜通过电子束蒸发（0.52Å s-1和11%的功率）沉积在样品各处。请注意，这些参数与其他研究中经常使用的参数相似，并被认为是在材料中引入低损伤的参数。

图2. 三种保护方法和未被保护区域的TEM图对比

图2展示了每个样品的代表性截面透射电子显微镜（TEM）图像，第一行是受保护的区域，中间一行是未受保护的区域。可以看出，对于机械剥离的h-BN薄膜，受保护的h-BN区域显示出几乎完美的的层状结构，层层堆叠，层间距为0.3nm，并且顶部和底部的界面都是非常清晰和干净的。这也证明了FIB切割是使用最佳参数完成的，并且它们不会影响我们样品的形态—之前有过对不同材料的研究表明，如果选择的FIB参数不对，晶体材料会变形，本文的研究中没有这种情况。相反，h-BN的未受保护的区域显示出多个原子缺陷，特别是在顶部界面，证明了在电子束蒸发过程对h-BN堆积物的形态的不利影响。一个令人惊讶的发现是，在h-BN和SiO2衬底之间的界面也显示出在未受保护的区域有更多的缺陷，即使上面的h-BN堆栈的原始分层结构没有被破坏。如果是颗粒的穿透而导致的材料损坏，那么上层的界面也应该被破坏。这一观察也表明：i) 6纳米厚的h-BN不足以阻止蒸发的金原子穿过h-BN，以及ii）h-BN与相邻材料的界面比晶体内部结构更容易变得无序。

图3. 化学分析法对比保护和未保护区域元素分布

用光刻胶保护的样品(图3b,c)在C层(光刻胶)下方显示出非常强且均匀的N信号(来自h-BN)相反，同一样本的未保护区域(图3e,f)显示h-BN区域的N信号较弱、不连续、不均匀，表明h-BN层损伤明显。受保护样品的横截面EELS剖面(图3g)显示出接近理想的化学成分，B和N信号重叠且对称，且没有任何其他材料。相反,未受保护的区域较窄，而且O信号向h-BN堆积方向迁移(见图3h)，与TEM图像(见图2d)中观察到的SiO2/h-BN(底部)界面的损伤一致。这一观察结果表明，穿透样品的Au原子向h-BN附近的O原子释放能量，促进了它们的迁移。在 其他两个样品中也观察到类似现象。

图4. 金原子进入氮化硼所需能量的计算模拟

Fernan博士基于第一原理计算模拟了Au原子进入h-BN薄膜的所需要的能量。图4a,b从两个维度展示了Au原子进入剥离的h-BN薄膜且处于不同位置的图像。对应的图4c,d为金原子沉积到取代B原子、取代N原子、占据B空位和占据N空位这一过程所需的能量。而图e,f则对应了Au原子进入无定形的h-BN薄膜所需要的能量。所有这些计算表明，在h-BN堆叠完美的二维层状结晶结构中引入Au原子是很困难的，因为需要的能量>14 eV，而且原生缺陷和悬空键（即特别是剥落样品中的界面和MOCVD样品中几个原子宽的区域）正在促进原子缺陷的聚集。由于从Au晶体中分离一个Au原子所需的最小能量（也称为内聚能）是每个原子3.81eV（368kJ mol-1），即使达到了启动蒸发所需的最小能量，如果存在固有缺陷，h-BN中在蒸发过程中仍会形成缺陷。换句话说，如果h-BN薄膜含有原生缺陷，那么在蒸发过程中形成更多的缺陷是不可避免的，与蒸发参数无关。图4a还表明，在金原子穿过一个h-BN层后，B和N原子的六边形晶格被恢复。这与观察到的以下情况是一致的，良好的内部结构加上一个受损的底部界面(见图2d-f)。

图5. 电子束沉积器件和喷墨打印器件性能比较

最后，本文研究了Ag/h-BN/Au器件作为TRNG电路的熵源的可能性。为了做到这一点，我们将带有蒸发和喷墨打印的顶部电极的器件暴露在恒压应力下，并记录随机电报噪声(RTN)的电流信号RTN。RTN是金属/绝缘体/金属结构的一个标志性的价值指标，它由观察两种电流状态之间的随机跃迁(由于介电介质中的随机电荷捕获和去捕获)组成，这使得它们能够在TRNG电路中用作熵源(如果它在一段时间内足够稳定)。我们的实验表明，使用喷墨打印的顶部Ag电极的器件容易表现出RTN，并且它在很长一段时间内是稳定的。图5g显示了部分测量的RTN特性。正如可以观察到的，这两个当前水平可以清楚地区分，这一点在加权时间滞后图5 h中更明显。因此，采用顶部Ag电极的Ag/h-BN/Au器件不仅具有更小的泄漏和击穿电流(见图5c-f)，还存在额外的电子现象(即RTN)，使其能够在其他应用中使用(即TRNG电路中的熵源)。

苏州大学功能纳米与软物质研究院硕士生郑雯雯为本文第一作者，阿卜杜拉国王 科技 大学的Mario Lanza教授为本文的通讯作者，阿卜杜拉国王 科技 大学的博士后Fernan Saiz为本工作提供了计算模拟支持。其他合作者包括苏州大学研究生沈雅清、刘颖文，巴塞罗那大学博士生朱凯晨，以及英国Aixtron公司的Clifford McAleese博士、Xiaochen Wang博士和Ben Conran先生。上述研究工作得到 科技 部、国家自然科学基金、财政部、国家外国专家局、苏州市 科技 局、苏州大学、苏州纳米 科技 协同创新中心、江苏省碳基功能材料与器件重点实验室、江苏省重点学科发展计划、器件重点实验室，以及江苏省高等学校重点学科建设计划、高等教育机构的优先发展项目以及阿卜杜拉国王 科技 大学等平台的支持。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202104138

官方回应

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芯片/半导体

2、美的宣布2021年量产1000万颗MCU控制芯片

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3、iPhone15或将全部搭载苹果自研芯片

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4、SK集团三子家公司将募资1万亿韩元 投资元宇宙和芯片等

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AI

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6、2021年我国人工智能相关企业同比增长64%

据IDC中国近日公布的数据，2021年上半年中国的人工智能整体市场规模达21.8亿美元，同比增42.2%。自从2015年人工智能火爆之后，人工智能行业经过长达7年的发展开始进入到了下半场。 天眼查数据显示，超8成的人工智能相关企业（全部企业状态）注册于近5年。具体来看，2020年，人工智能相关企业新增数量与注册增速均达到峰值，当年新增相关企业数量超40万家。以工商登记为准，我国2021年新增超67.8万家人工智能相关企业，同比增长64%。

VR

7、曝腾讯拟收购小米旗下黑鲨手机：转向VR设备、进军元宇宙

据36氪最新报道，目前已经从多个独立信源处获悉，腾讯拟收购 游戏 手机公司黑鲨 科技 ，收购后，黑鲨整体将并入任宇昕主导的腾讯集团平台与内容事业群（PCG）。报道显示，一旦交易完成，这家以 游戏 手机为主的硬件厂商也将在收购后迎来业务转型。消息还称，黑鲨 科技 未来的业务重点将从 游戏 手机，整体转向VR设备――由腾讯提供内容，黑鲨提供VR硬件入口。黑鲨 科技 未来的重点业务将会是VR设备，这也被认为是腾讯进军元宇宙的关键要一步，将实现元宇宙硬件研发，搭配腾讯历来强大的软件服务，可能会带来意想不到的效果。值得注意的是，黑鲨 科技 是由小米注资成立的 游戏 手机厂商，消息称此次收购行动也已经得到了小米高层方面的认同。

虚拟货币

8、发改委：将虚拟货币“挖矿”活动纳入淘汰类产业

近日，国家发展改革委发布关于修改《产业结构调整指导目录（2019 年本）》的决定：在《产业结构调整指导目录（2019 年本）》淘汰类“一、落后生产工艺装备”“（十八）其他”中增加第 7 项，内容为“虚拟货币‘挖矿’活动”。根据文件，淘汰类主要是不符合有关法律法规规定，不具备安全生产条件，严重浪费资源、污染环境，需要淘汰的落后工艺、技术、装备及产品。今日经济日报发文指出，随着我国对于虚拟货币监管的持续加码，比特币“挖矿”的非法性质也在司法实践中得到进一步明确。截至目前，多地法院判决比特币等虚拟货币相关的交易合同无效。这些判决为今后类似案件的处理提供了范例。严监管之下，虚拟货币规模化“挖矿”在国内被全面禁止，但个人“挖矿”行为在某些地方依然存在。对此，必须零容忍、全覆盖，形成持续治理的 社会 合力和高压态势，不给比特币等虚拟货币违法违规行为留下任何可乘之机。

量子计算

9、LG 宣布加入 IBM 量子网络计划，以 探索 新技术在工业中的应用

根据 IBM 官方消息，LG Electronics 正式加入 IBM 量子网络计划，将会获得 IBM 量子计算系统以及 IBM 开源量子信息软件开发工具包 Qiskit 的访问权限。LG 电子的目标是 探索 量子技术在工业上的应用，包括大数据、人工智能、互联网 汽车 、数字化转型、机器人、物联网等，量子计算机可以方便以上应用处理大量数据。LG 表示，可以根据 IBM 量子技术的路线图，利用这些技术应用于软件或硬件。

交通

10、国办：加快推进北斗系统在营运车船上的应用

国务院办公厅近日印发推进多式联运发展优化调整运输结构工作方案(2021—2025年)。其中提到，到2025年，多式联运发展水平明显提升，基本形成大宗货物及集装箱中长距离运输以铁路和水路为主的发展格局，全国铁路和水路货运量比2020年分别增长10%和12%左右，集装箱铁水联运量年均增长15%以上。方案明确，加快推进北斗系统在营运车船上的应用，到2025年基本实现运输全程可监测、可追溯。

11、韵达快运宣布“韵重货”全网上线 目标锁定纯重货市场

近日，韵达快运宣布“韵重货”全网上线，该产品主要针对单票大于 68 公斤且记抛比1: 3000 以内的货品，将目标锁定在纯重货市场。韵达快运利用智慧网点、韵乾通、韵营官等一系列数字化管理系统和工具，实现从揽收、中转到派送各环节管理线上化、数据实时化，高效协同，高效运转。

工业

12、工信部：深入实施数字化转型

近日，工信部就《关于加快现代轻工产业体系建设的指导意见（征求意见稿）》征求意见。其中提出，深入实施数字化转型。综合应用5G、工业互联网、人工智能等新一代数字技术，开展以设备换芯、生产换线、机器换人为核心的自动化、智能化改造，推动轻工业数字化转型，塑造数字“三品”发展新优势。引导企业建立智能化管理体系，逐步实现研发、设计、制造、营销、服务全产业链数字化、智能化，推动技术、设备、产品和管理提档升级。支持龙头企业构建智能制造平台，鼓励争创国家级工业互联网、两化融合、智能制造试点示范项目。

云计算/云平台

13、英国据悉将对云计算供应商加强监管，向亚马逊、微软及谷歌索取更多数据

14、IDC：2021上半年中国视频云市场规模达43.7亿美元

根据国际数据公司(IDC)最新发布的《中国视频云市场跟踪(2021上半年)》报告显示，2021上半年中国视频云市场规模达到43.7亿美元，同比增长达到38.7%，其中视频云基础设施与解决方案市场增速均有回落，调整后上半年同比增长分别达到36.9%和47.6%。根据IDC定义，本次视频云研究覆盖了面向视频应用场景的全部公有云、私有云和混合云基础设施，视频内容分发网络(CDN)，以及在视频云基础设施上部署的云平台、应用解决方案。同时，按照视频云应用场景，IDC将解决方案市场分为直播、点播、音视频通信等。

15、IDC：到2023年，人口超过100万的城市对动态数据采集与管理的投入将增加80%

IDC发布2022年中国智慧城市十大预测，其中包括：到2022年，中国90%以上地方政府将增加来自中央财政资金和基金的投入到2025年，20%的后台数据将跨部门连接和利用，以改善地方政府项目管理到2025年，40%的城市和社区将采用低代码/无代码平台技术，以帮助IT和非IT员工迅速推出数字项目和新的 社会 福利事务到2023年，人口超过100万的城市对动态数据采集与管理的投入将增加80%等。

传感器

16、豪威 2 亿像素手机相机图像传感器采用业界首个 0.61um 十六合一像素合并技术

豪威 科技 上周发布了像素尺寸为 0.61 微米的 2 亿像素分辨率图像传感器 OVB0B，用于智能手机相机。豪威公布的最新信息显示，OVB0B 采用十六合一像素合并，可在 1250 万像素模式下提供更高的视频和预览质量，尤其是在弱光环境下。OVB0B 也是首款提供 100% 四相位检测（QPD）技术的 2 亿像素图像传感器。OVB0B 采用业界首个 0.61um 十六合一像素合并技术，能够以 16 倍的灵敏度拍摄 4K / 2K 视频。据介绍，在弱光环境下，OVB0B 可实现 1250 万像素性能（2.44 微米等效像素尺寸）。片上像素还原算法支持 24 帧 / 秒的 5000 万像素视频和 30 帧 / 秒的 8K 视频拍摄（1.22 微米等效性能）。此外，OVB0B 支持 12.5M 分辨率 30 帧 / 秒的三次曝光交错式 HDR 视频输出。

17、新型MXene-水凝胶传感器，通过汗液分析提供实时肌肉疲劳监测

近期，阿卜杜拉国王 科技 大学（KAUST）研究团队开发了一种可穿戴传感器原型，该传感器基于一种新型MXene-水凝胶化合物，可用于汗液和肌肉疲劳监测。对于需要实时测量身体性能的运动员而言，将提供有效的价值。这种被称为MXenes的超薄纳米材料，有望通过分析汗液来实现人体 健康 状况监测。基于MXene-水凝胶的传感器，可通过蓝牙与智能设备连接以获取读数。随着技术的进步，它将为需要实时监测身体性能的运动员发挥更大价值。Husam Alshareef称，目前最大的挑战是传感器的长期稳定性，未来的实验中，他们将考虑调整MXene-水凝胶成分构成及传感器设计方法，不断提升其工作稳定性。

18、传音 Tecno 推出全球首款用于智能手机的伸缩微距镜头，支持 5 倍光学变焦

早在去年 12 月中旬，传音 Tecno 就为智能手机相机推出了传感器移位 IS 技术。现在，该公司宣布推出一款伸缩微距镜头，该镜头有望显著改善微距拍摄的质量，以及整体拍摄体验。从官方介绍来看，手机机身可伸出长焦微距镜头，让用户在不离主体太近的情况下拍摄特写，提供 5 倍光学变焦，最终结果可与主摄像头相媲美。此外，Tecno 表示该设计非常紧凑，不需要增加手机体积，但没有提供更多具体细节。此前报道，OPPO 也推出过一款类似的伸缩镜头，不过只有 2 倍光学变焦，用途也不同，主打广角 + 人像，可作为主摄使用。

手套箱。

您可以真空或者手套箱保存少层粉末，我们制备的分散液通Ar低温冷藏保存可存放2个月，前期研究发现多种阳离子能够自发地插入到MXenes材料层间。

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