二维半导体材料，比如二硫化钼（MoS2），表现出了诸多新奇的特性，从而使其具有应用于新型电▓子器件领域的潜力。目前，研究人员常用电子束光刻的方法，在此类仅若干原子层厚的材料表面定域制备图形化电极，从而研究其电学特性。然而，采用此类方法●常遇到的问题之一是二维半导体材料▽与金属电极之间为非欧姆接触，且具有较高的肖特基势垒。

　　近期，刊载在Nature Electronics上的Patterning metal contacts on monolayer MoS2 with vanishing Schottky barriers using thermal nanolithography一文（Nature Electronics volume 2, pages17–25 (2019)），针对以上问题展开了研究。文中，Zheng等人采用热扫描探针光刻（thermal scanning probe lithography，t-SPL）的方法，在二维原子晶体表面成功制备了图形化电极。此方法具有极高的可重复性，并ξ且具有小于10 nm的分辨率，以及可观的产率（单根针尖达到105 μm2 h?1）。相较〓于电子束光刻方法而言，此方法可以同〓时进行图形化工艺并原位对图形化工艺后的结果进行成像表征，而且不需要真空腔体以及高能电子束。采用这一技术方案，Zheng等人在单层MoS2上制备了具有顶栅和背栅结构的场效☉应晶体管。在未ξ采用负电容或异质堆叠等方案的前提下，Zheng等人制备的器件中的二维半导体材料【与金属电极之间的肖特基势垒趋于0 meV，开关比达到1010，且亚阈值摆幅低至64 mV/dec，大大优于此前诸多其他方案所制得的类似器件的电学特性。

图1 器件制备流程及主要步骤※后的样品形貌表征

表1 采用两种不同方法（热扫描探针光刻与电子束光刻）制备的基于MoS2的FET的电学特性对比

　　值得指出∩的是，文中Zheng等人实现图形化掩膜制备所用的设备，是由瑞士Swisslitho公司所研发的NanoFrazor 3D纳米结构高速直写机，该系统实现图形化工艺主要是基于前文所述的热扫描探针光刻技术◣。热扫描探针光刻技术的核心，是利用高温》纳米针尖与一种热解胶（PPA）作用，热解胶在高温作用下会挥发，从而使热针尖“画”过的区域没有Ψ 热解胶而热针尖没有“画”过的区域留存有☆热解胶，从而实现对热解胶的图形化处理。工艺过程中，图形的刻写精度与针尖的曲率半径以及针尖的温度控制水平息息相㊣关。依托成熟的微加工工艺以及微系统设计经验，Swisslitho设计并制备了具有纳米级曲率半径▅的针尖》的悬臂梁，并且在悬臂梁上集成了用于控制及反馈针尖温度的电学系统，可以在室温至1100 ℃的范围内对针尖的温度进行准确地控制及〇监测，从而使得NanoFrazor的图形加工精度可以达ζ到10 nm量级的水平︻←，且工艺具有极佳的稳定性和重复性。

图2 针尖处于加热状态下的悬臂梁图像

　　另一方面，从工作原理不难看出，热扫描探针光刻不需要额外的显影操作。只要是用高温纳米探↑针在热解胶表面一“画”，热解胶表面相应区域就会挥发掉，从而在表面留ζ　下痕迹。着眼于这一特╱点，Swisslitho的研发人员巧妙地在悬臂梁上集成了轮廓探测器，可以原位对热解胶表面留下的痕迹进行形貌表△征，从而实现闭环图形加工功能。NanoFrazor使用户可』以实时了解图形加工的情况，并进行♂修正，大大缩减了图形化工艺所用的时间，提升了效率。

　　此外，由于NanoFrazor特殊的结构特点，使得NanoFrazor在进行套刻●工艺时，可以方便快捷地直接定位到样品表面的目标区域并进行套刻工艺，无须预先在样品表面制备对准标记，亦可省去进行传统光学光刻或电子束光刻对准过程中的繁琐步骤。

　　最为︽重要的是，由于工艺过』程中用针尖的热与热解胶作用替代了电子束或光束与光刻胶作用，可以有效减少图形◥化工艺过程中对样品中介质材料的电荷注入所引起的损伤，从而提升微纳结构电学特性的可靠性，亦可有效提升器件♀的电学特性。