[发明专利]一种基于二次谐波原位监测的扭曲异质结的制备装置及其方法

说明书

本发明公开了一种基于二次谐波原位监测的扭曲异质结的制备装置及其方法，实现全光学、非破坏性的、原位监测二维材料晶体的晶格取向，并可分别对目标样品和待转移样品进行进行角度标定。本发明能够实现任意角度扭曲异质结的制备，从而能够极大的拓展扭曲器件的设计和制造能力，探索更多新奇物理特性和实现器件的的规模化生产。

技术领域

本发明属于新型电子器件制备领域，特别涉及一种利用二维材料二次谐波型号实现全光学、非破坏性的、原位监测二维材料晶体的晶格取向，并可分别对目标样品和待转移样品进行进行角度标定。

背景技术

扭曲二维异质结，是指将二维材料或低维材料垂直堆叠在一起，而且层与层之间的晶格取向有一定夹角，例如双层扭曲石墨烯、MX2/MoS2等。这种扭曲二维异质结通过层间的范德华相互作用力及晶格相互作用，会对原有的本征材料的能带结构及关联强度产生极大影响，展现出超导、莫特绝缘、宏观磁性、量子霍尔效应等多种新奇的材料特性，并且这些特性可以通过扭曲角度进行调制，从而具有广泛的研究空间和应用前景。但这种扭曲二维异质结的制备，依然比较困难，且精度比较低，仅能够通过材料的宏观光学外形去判断晶格取向角度，难以识别材料的实际晶轴位置，并且对于材料尺寸有极大的限制【文献1】。常见的晶轴判断方式有透射电镜法和二次谐波光学法，其中透射电镜法的电子束波长比可见光和紫外光短得多，而且能量很高，能够轻松得到样品的晶格排布、厚度和密度等信息，从而解析出整个样品晶体信息，但这种方法会对样品产生极大地破坏性，且制样麻烦、设备造价昂贵，需要专门的操作人员进行操作，无法同扭曲二维异质结的制备过程兼容。对于非中心对称的材料，当入射光照射到材料上时，在二阶非线性极化效应作用下，产生频率为二倍入射光频率的光信号输出，即所谓二维谐波非线性光学效应。而对于二维材料体系，二次谐波效应与材料的晶体结构的对称性直接相关，其强度对材料的晶格对称性等非常敏感，通过探测二次谐波的强度随角度变化的分布图，就能解析出对应晶体结构，具有无损、简单快捷、应用范围广等特点，能够实现各种复杂环境中的材料进行非接触测量，且能够分析局域的应变情况。但该方法目前通常用在样品测试分析阶段，并没有同样品制备过程有机结合，并且测试样品台设计较简单，无法满足多轴精密移动的要求【文献2】。

其中，文献1：扭转双层石墨烯物理性质、制备方法及其应用的研究进展，ActaPhysicaSinica, 67, 246802 (2018)；

文献2：一维/二维半导体纳米结构的二次谐波和双光子吸收特性研究，刘为为，华中科技大学博士论文，2017年。

发明内容

发明目的：本发明针对上述不足，提出了一种基于二次谐波原位监测的扭曲异质结的制备装置及其方法，实现全光学、非破坏性的、原位监测二维材料晶体的晶格取向，并可分别对目标样品和待转移样品进行进行角度标定，能够实现任意角度扭曲二维异质结的制备，从而能够极大的拓展扭曲器件的设计和制造能力，探索更多新奇物理特性和实现器件的的规模化生产。

技术方案：

一种基于二次谐波原位监测的扭曲异质结的制备装置，包括：

目标样品台（1），用于放目标样品的衬底，并根据扭曲角度需要转动目标样品；

转移样品台（2），用于将转移样品转移至目标样品台（1）的目标样品上方，并将转移样品贴合在目标样品上；

二次谐波信号激发光路，用于不同偏振方向的入射激光信号入射至目标样品或转移样品上，激发出相应的二次谐波信号；

二次谐波信号收集光路，用于收集入射激光信号激发的二次谐波信号，并传输至二次谐波信号探测器；

二次谐波信号探测器（8），用于对二次谐波信号收集光路收集的二次谐波信号进行探测得到相应偏振方向的入射激光信号的二次谐波信号强度。