本申請涉及二維材料表征，特別是涉及一種觀測二維材料單晶邊界及缺陷的方法及系統(tǒng)、電子設備、存儲介質(zhì)。

背景技術：

1、二維材料在先進電子器件領域具有重要的應用前景。目前，受限于人工合成的二維材料還達不到大尺寸單晶的水平，在二維材料的制備過程中，通常需要控制晶種的生長程度，抑制不同單晶融合成多晶。

2、然而，由于二維材料生長過程中形核的位置和時間都是隨機的，不同單晶融合仍可能發(fā)生。此外，隨著單晶尺寸的增大，出現(xiàn)裂紋的概率也越來越高，單晶程度受損導致后續(xù)形成的二維器件的性能較差。

3、因此，如何快速且低成本表征人工二維材料單晶內(nèi)部的裂紋和單晶融合邊界，進而使用可靠的單晶區(qū)域提升二維器件的性能，是亟需解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、基于此，本申請實施例提供了一種觀測二維材料單晶邊界及缺陷的方法及系統(tǒng)、電子設備、存儲介質(zhì)，能夠快速且低成本表征人工二維材料單晶內(nèi)部的裂紋和單晶融合邊界，進而使用可靠的單晶區(qū)域提升二維器件的性能。

2、根據(jù)一些實施例，本申請一方面提供了一種觀測二維材料單晶邊界及缺陷的方法，包括以下步驟：

3、提供樣品，樣品包括襯底以及位于襯底上的二維材料層；

4、采用暗場顯微鏡觀測樣品，得到樣品的光學圖像；

5、篩選光學圖像中的連續(xù)亮點圍成的封閉區(qū)域，并提取出封閉區(qū)域中符合預設面積閾值的區(qū)域作為單晶區(qū)域；

6、若單晶區(qū)域內(nèi)存在連續(xù)亮點，則二維材料層中的單晶區(qū)域存在缺陷。

7、本公開實施例中，采用可見光暗場顯微鏡對位于襯底上的二維材料層進行觀測，襯底成像為黑色背景，二維材料層上高度劇烈變動的位置成像為亮色(即亮點)。這樣，先確定連續(xù)亮點圍成的封閉區(qū)域為單晶區(qū)域，再觀察單晶區(qū)域內(nèi)是否存在連續(xù)亮點。如此，通過觀察單晶區(qū)域內(nèi)是否存在連續(xù)亮點，可以快速獲得單晶區(qū)域內(nèi)是否存在高度劇烈變動的位置，也即快速識別單晶區(qū)域是否存在缺陷(例如裂紋或單晶融合邊界)。此外，可見光暗場顯微鏡技術在設備復雜度低、成本低、瞬時成像方面具有非常大的優(yōu)勢。因此，本公開實施例能夠快速且低成本表征人工二維材料單晶內(nèi)部的裂紋和單晶融合邊界，進而通過規(guī)避，使用可靠的單晶區(qū)域，提升二維器件的性能。

8、根據(jù)一些實施例，若單晶區(qū)域內(nèi)存在光強小于單晶區(qū)域邊界的連續(xù)亮點，則二維材料層中存在多個單晶區(qū)域的邊界融合。

9、根據(jù)一些實施例，采用暗場顯微鏡觀測樣品，得到樣品的光學圖像包括以下步驟：

10、光源提供可見光作為入射光線；

11、入射光線從暗場顯微鏡中的物鏡外以傾斜角度入射到樣品，照射在樣品的入射光線發(fā)生瑞利散射；

12、采用暗場顯微鏡中的光學信息接受設備收集散射光線，并采用暗場顯微鏡中的成像設備轉換為光學照片。

13、根據(jù)一些實施例，光源還提供紅光作為入射光線。

14、本公開實施例中，使用紅光光源的設備可用于觀測有光刻膠或其他光敏材料的二維樣品，適用于更廣泛的半導體合成、加工，集成電路設計、制造等場景。

15、根據(jù)一些實施例，封閉區(qū)域的形狀為規(guī)則圖形。

16、根據(jù)一些實施例，襯底包括平坦襯底；暗場顯微鏡包括落射式暗場顯微鏡。

17、根據(jù)一些實施例，本公開另一方面提供了一種電子設備，包括：存儲器、處理器和顯示器。存儲器用于存儲計算機程序。處理器用于運行計算機程序以實現(xiàn)如前述實施例所述的觀測二維材料單晶邊界及缺陷的方法。顯示器用于輸出處理器的處理結果。

18、本公開實施例中，電子設備所能實現(xiàn)的技術效果與前述實施例中的觀測二維材料單晶邊界及缺陷的方法所能具有的技術效果相同，此處不再詳述。

19、根據(jù)一些實施例，本公開又一方面提供了一種存儲介質(zhì)，存儲有程序指令。程序指令被執(zhí)行時實現(xiàn)如前述實施例所述的觀測二維材料單晶邊界及缺陷的方法。

20、本公開實施例中，存儲介質(zhì)所能實現(xiàn)的技術效果與前述實施例中的觀測二維材料單晶邊界及缺陷的方法所能具有的技術效果相同，此處不再詳述。

21、根據(jù)一些實施例，本公開又一方面提供了一種觀測二維材料單晶缺陷的系統(tǒng)，包括：圖形算法模塊、集成電路版圖設計模塊以及暗場顯微鏡。其中，圖形算法模塊被配置為：分析處理暗場顯微鏡的光學照片，并篩選出無缺陷的單晶區(qū)域；集成電路版圖設計模塊被配置為：基于無缺陷的單晶區(qū)域設計二維器件和集成電路。

22、本公開實施例中，人工合成二維材料樣品可以基于暗場顯微鏡得到的光學照片，使用圖形算法模塊可以瞬時生成二維材料薄層的邊界并篩選出可用于加工性能一致的二維器件的單晶區(qū)域。上述圖像可進一步通過編程，瞬時生成集成電路版圖設計模塊適用的格式，基于已篩選出的可用區(qū)域設計二維器件和集成電路。

23、根據(jù)一些實施例，本公開又一方面提供了一種觀測二維材料單晶缺陷的系統(tǒng)，包括：二維材料制備裝置以及嵌入二維材料制備裝置的暗場顯微鏡。

24、本公開實施例中，暗場顯微鏡嵌入二維材料制備裝置，可以實時動態(tài)觀測二維晶體形核、生長、融合等過程，這樣，可以為二維晶體學基礎性研究提供直接的晶體生長與單晶融合形成邊界的實驗數(shù)據(jù)和理論分析依據(jù)。如此，實驗數(shù)據(jù)可進一步指導高質(zhì)量、大面積、單晶二維材料的可控生長與合成。

技術特征：

1.一種觀測二維材料單晶邊界及缺陷的方法，其特征在于，包括：

2.如權利要求1所述的觀測二維材料單晶邊界及缺陷的方法，其特征在于，若所述單晶區(qū)域內(nèi)存在光強小于所述單晶區(qū)域邊界的連續(xù)亮點，則所述二維材料層中存在多個所述單晶區(qū)域的邊界融合。

3.如權利要求1所述的觀測二維材料單晶邊界及缺陷的方法，其特征在于，所述采用暗場顯微鏡觀測所述樣品，得到所述樣品的光學圖像包括：

4.如權利要求3所述的觀測二維材料單晶邊界及缺陷的方法，其特征在于，所述光源還提供紅光作為入射光線。

5.如權利要求1所述的觀測二維材料單晶邊界及缺陷的方法，其特征在于，所述封閉區(qū)域的形狀為規(guī)則圖形。

6.如權利要求1所述的觀測二維材料單晶邊界及缺陷的方法，其特征在于，所述襯底包括平坦襯底；所述暗場顯微鏡包括落射式暗場顯微鏡。

7.一種電子設備，其特征在于，包括：

8.一種存儲介質(zhì)，存儲有程序指令，其特征在于，

9.一種觀測二維材料單晶邊界及缺陷的系統(tǒng)，其特征在于，包括：

10.一種觀測二維材料單晶邊界及缺陷的系統(tǒng)，其特征在于，包括：二維材料制備裝置以及嵌入所述二維材料制備裝置的暗場顯微鏡。

技術總結
本申請涉及一種觀測二維材料單晶邊界及缺陷的方法及系統(tǒng)、電子設備、存儲介質(zhì)。該觀測二維材料單晶邊界及缺陷的方法包括以下步驟：提供樣品，樣品包括襯底以及位于襯底上的二維材料層；采用暗場顯微鏡觀測樣品，得到樣品的光學圖像；篩選光學圖像中的連續(xù)亮點圍成的封閉區(qū)域，并提取出封閉區(qū)域中符合預設面積閾值的區(qū)域作為單晶區(qū)域；若單晶區(qū)域內(nèi)存在連續(xù)亮點，則二維材料層中的單晶區(qū)域內(nèi)部存在缺陷。本申請能夠快速且低成本表征人工二維材料單晶內(nèi)部的裂紋和單晶融合邊界，進而提升二維器件的性能。

技術研發(fā)人員：王程,魏子衿,王蔓,許秋彤,林進威,王群升,羅庇榮,葉巍翔,賈原
受保護的技術使用者：天津師范大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/17