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刻蝕是從材料到器件必須的工藝流程，用微機(jī)械剝離法、溶劑熱法等制備的二維材料尺寸與形狀具有隨機(jī)性，用化學(xué)氣相沉積法、氧化還原法等方法制備的二維材料一般尺寸較大，這些不規(guī)則尺寸與形狀的二維材料和大面積二維材料都需要經(jīng)過圖形化裁剪才能制備成性能良好的特定功能器件。于是，二維材料圖形化是將其運(yùn)用于微納電子器件和光電子器件的關(guān)鍵技術(shù)，此外，二維材料的圖形化裁剪一般由刻蝕完成。目前，石墨烯等二維材料的圖形化刻蝕方法主要有等離子體刻蝕、紫外臭氧刻蝕、AFM刻蝕、高功率激光刻蝕等。其中等離子體和臭氧刻蝕是使用最廣泛的兩種刻蝕方法。

等離子體刻蝕

在生產(chǎn)微納電子器件和光電子器件中，隨著器件集成度的不斷提高和元件線寬減小，刻蝕技術(shù)也發(fā)生了改變，從原來的化學(xué)溶劑“濕刻”轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體“干刻”。濕刻是指用化學(xué)溶劑腐蝕掉樣品表面一定深度的物質(zhì)，這種刻蝕是各向同性刻蝕，但存在作用尺寸大，刻蝕精度差的缺點(diǎn)。干刻主要是利用氣相刻蝕劑與表面作用，刻蝕產(chǎn)物為揮發(fā)性氣體并被抽走。干刻有等離子體刻蝕、離子束刻蝕等。

等離子體表面刻蝕是一種常用的工藝，主要是將等離子體作用于樣品表面，引起物理摻雜或者化學(xué)反應(yīng)，由于等離子體中活性粒子的能量較低，改性僅僅發(fā)生在表面層內(nèi)，基質(zhì)材料的本體性能不受影響。等離子體表面刻蝕可分為物理刻蝕和化學(xué)刻蝕。目前該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于二維材料的圖形化刻蝕中。

等離子物理刻蝕的工作原理是把Ar、Kr或Xe之類的惰性氣體充入離子源放電室并使之電離形成等離子體，然后由柵極將離子呈線狀引出，通過加速形成具有一定能量的離子束進(jìn)入射頻工作區(qū)，離子束射向并撞擊材料表面，通過能量傳遞使材料的原子或分子產(chǎn)生濺射，從而達(dá)到刻蝕的效果。

等離子體化學(xué)刻蝕方法主要是利用典型的氣體在高頻電場中輝光放電電離形成具有強(qiáng)烈蝕刻性的氣相等離子體，利用氣相等離子體的化學(xué)活性與待刻蝕的二維材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，轟擊樣品表面，形成可揮發(fā)性生成物如CO、CO2、H2O等氣體，由排出的氣體一起帶走，從而達(dá)到蝕刻的目的。

目前等離子表面刻蝕在實(shí)驗(yàn)研究，材料處理及器件制造相關(guān)行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。等離子體刻蝕具有明顯的各向異性刻蝕特征，二維材料被發(fā)現(xiàn)后，等離子體刻蝕成為石墨烯、MoS2、WSe2等二維材料圖形化刻蝕的主要方法。