自二维材料问世以来，人们发展了机械剥离、溶液合成和化学气相沉积（CVD）等合成方法。机械剥离可制备尺寸较小、形状不规则的材料。溶液合成引入了会降低性能的杂质。化学气相沉积（CVD）是目前最成功的低成本可扩展制备二维材料的方法。然而，在实际应用中，诸如较高的工作温度（∼1000°C）、可能使用的金属催化剂、生长后转移带来的污染、缺陷和间隙等缺点不容忽视。因此迫切需要发展能够在低温下无催化剂原位制备二维材料的等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术。
近日，中科院化学研究所刘云圻院士，中科院重庆绿色智能技术研究院魏大鹏研究员，复旦大学魏大程研究员总结了利用PECVD可控制备2D材料及其应用方面的最新研究进展。
文章要点
1）在PECVD中，刻蚀和成核沉积之间存在竞争，使得获得所需材料具有高度的可控性。在不同的竞争平衡状态下，研究人员制备了各种形貌和性能不同的二维材料，包括原始的或氮掺杂的石墨烯晶体、石墨烯量子点、石墨烯纳米球、六方氮化硼(HBN)、B−C−N三元材料(BCxN)等。此外，研究人员还使用温和等离子体对2D材料（例如WSe2）进行改性或处理，以获得所需的性能。
2）PECVD具有低温、免转移工艺和工业兼容性等优点，可以方便、可扩展、低成本地直接在非催化衬底上制备表面清洁、界面清晰的2D材料。这些优点对所制备的材料在应用中有很大的好处。研究人员在石墨烯和掺氮石墨烯上直接制备了具有高迁移率的场效应晶体管。采用h-BN作为介质界面层，由于界面干净、紧密接触和界面散热增强，器件的迁移率和饱和功率密度都得到了提高。高质量的材料和界面也使得这些材料在光电探测器、压力传感器、生化传感器、电子皮肤、拉曼增强等方面有了广阔的应用前景。为了展示其商业应用，开发出分布式压力传感器阵列、用于盲文识别的机械手触摸模块和用于记录手语的智能手套等几种原型器件。
3）作者最后总结了PECVD作为一种全面的2D材料制备方法在传统CVD之外的未来应用所面临的机遇和挑战。
参考文献
Kongyang Yi, et al, Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition of Two-Dimensional Materials for Applications, Acc. Chem. Res., 2021
DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00757
https://dx.doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00757
