一、二维材料转移工艺的表面清洁痛点
二维范德华异质结是下一代微电子与光电子器件的核心研究方向，而二维材料转移工艺是构建异质结结构的关键工序。目前主流的聚合物辅助转移法，不可避免会在石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）表面留下 PMMA、PDMS 等有机高分子残留，同时转移过程中环境中的尘埃、油脂污染也会附着在材料表面。
这些纳米级的有机残留与污染物，会直接导致后续薄膜沉积附着力下降、器件电学测试数据漂移、异质结界面接触电阻升高，严重时甚至造成器件失效。对于南京高校微电子实验室的前沿研究而言，原子级的表面洁净度是获得稳定实验结果、发表高质量研究成果的前提。传统的湿法清洗（丙酮、乙醇超声）容易造成二维材料破损、脱落，氧等离子清洗则容易过度刻蚀材料表层，难以兼顾清洗效果与结构完整性，成为制约二维材料转移工艺良率的 “隐形瓶颈”。
二、紫外臭氧清洗技术的原理与二维材料适配性
紫外臭氧清洗（UV-Ozone Cleaning）是一种干法表面处理技术，其核心依靠 185nm 与 254nm 双波段紫外光的协同作用：185nm 波长紫外光可分解空气中的氧气分子，生成强氧化性的臭氧与活性氧原子；254nm 波长紫外光则可激发有机污染物的分子化学键，使其处于活化状态，更易与臭氧发生氧化反应，最终生成二氧化碳、水蒸气等可挥发性物质从表面脱离，全程无液体接触、无化学残留。
与传统清洗方式相比，紫外臭氧清洗对二维材料具有天然的适配性：首先，该工艺在常温常压下即可进行，不会产生高温损伤与离子轰击，对原子层厚度的石墨烯、MoS₂等材料结构破坏性极低；其次，清洗精度可通过照射时间精准控制，既可以去除表面数纳米的有机残留，也可以通过控制氧化程度实现表面功能化改性；此外，设备操作简单、运维成本低，非常适合高校实验室小批量、多品类的科研样品处理需求。
三、南京高校微电子实验室的应用实践
南京作为国内微电子与二维材料研究的核心聚集地，南京大学、东南大学等多所高校的微电子实验室都在开展新型二维材料转移工艺的研究，其中紫外臭氧清洗技术已成为表面处理环节的主流方案之一。
以南京大学微纳物理与量子器件实验室为例，其二维材料可控转移工艺线中，就将紫外臭氧清洗作为转移前后的标准预处理工序：在转移前，使用紫外臭氧对目标衬底进行表面活化，提升二维材料与衬底的结合力；在转移完成后，采用温和的紫外臭氧处理去除转移过程中残留的聚合物薄膜，同时避免对二维材料本身造成损伤。相关研究数据显示，经过优化参数的紫外臭氧处理后，石墨烯表面的有机碳残留量可降低 90% 以上，器件的载流子迁移率稳定性显著提升。
针对过渡金属硫化物，南京高校的研究团队也验证了紫外臭氧技术的双重价值。一方面，它可以高效去除 MoS₂、WSe₂材料表面的转移残留与环境污染物，提升材料的光学与电学性能均匀性；另一方面，可控的紫外臭氧氧化可以实现 p 型掺杂，精准调控材料的功函数与阈值电压，这对构建高性能二维场效应晶体管具有重要意义。已有学术研究表明，4 分钟左右的紫外臭氧处理可在保持 80% 以上光致发光强度的前提下，实现单层 MoS₂的 p 型导电转变，这一工艺条件已被多个南京高校实验室采用。
四、表面清洁之外：二维材料的功能化改性价值
很多实验室容易忽略的是，紫外臭氧清洗机不仅是表面清洁工具，更是二维材料功能化改性的重要手段。对于石墨烯而言，适度的紫外臭氧处理可以引入羟基、羧基等含氧官能团，提升表面亲水性，便于后续的旋涂、沉积等工艺；同时还可以通过缺陷调控实现载流子浓度调节，优化石墨烯器件的电学性能。
对于过渡金属硫化物，紫外臭氧的功能化作用更加显著。通过精准控制照射时间与强度，可以在材料表面形成超薄的氧化层，作为自然的钝化层与掺杂层，既可以屏蔽表面缺陷态，又可以调控载流子类型与浓度。例如针对 WSe₂材料，温和的紫外臭氧处理可将器件载流子迁移率从 1.37 cm²・V⁻¹・s⁻¹ 提升至 2.61 cm²・V⁻¹・s⁻¹，同时阈值电压向零栅压方向偏移，大幅提升器件的开关性能。这种 “清洁 + 功能化” 一步完成的技术优势，是其他清洗方式难以实现的。
五、不同清洗工艺的对比与选型建议
在二维材料研究的清洗方案选型中，高校实验室通常会对比湿法清洗、氧等离子清洗与紫外臭氧清洗三种路径，三者各有适用场景：
对于南京高校微电子实验室的二维材料研究而言，紫外臭氧清洗机是兼顾效果、成本与易用性的最优选择。在设备选型上，建议优先选择具备精准控时、样品台可加热的机型，加热功能可进一步提升厚层有机残留的去除效率，同时支持更多的表面功能化实验场景。
六、结论
综上所述，南京高校微电子实验室在新型二维材料转移工艺研究中，已广泛采用紫外臭氧清洗机来实现石墨烯与过渡金属硫化物的表面清洁与功能化。该技术凭借干法无接触、低损伤、高精度的特性，完美适配二维原子晶体的表面处理需求，不仅可以高效去除转移过程中的有机残留，还能同步实现材料掺杂、功函数调控等功能化改性，成为提升二维材料器件制备良率与性能稳定性的关键支撑技术。
随着二维材料从实验室研究走向产业化应用，紫外臭氧清洗技术也将在更多微纳加工场景中发挥价值，成为半导体、光电子领域表面处理的标配工艺之一。
Q&A 常见问题
Q1：紫外臭氧清洗会破坏石墨烯的晶体结构吗？
A：正常工艺参数下不会。采用低功率、短时间的紫外臭氧处理，仅作用于表面数纳米的有机污染物与表层原子，不会破坏石墨烯的 sp² 杂化结构；只有长时间过度照射才会造成氧化刻蚀，通过精准控制时间即可避免。
Q2：过渡金属硫化物都适合用紫外臭氧清洗吗？
A：二硫化钼、二硒化钨、二硫化钨等常见过渡金属硫化物均适用。不同材料的耐受程度略有差异，建议先通过梯度实验确定最佳照射时间，通常 1-10 分钟即可同时实现清洁与温和功能化。
Q3：高校实验室选紫外臭氧清洗机需要关注哪些参数？
A：核心关注三个参数：一是紫外灯管波长，必须同时具备 185nm 与 254nm 双波段；二是时间控制精度，建议支持秒级精准调控；三是是否带样品台加热功能，加热可提升清洗效率与工艺灵活性。
Q4：紫外臭氧清洗和等离子清洗哪个更适合二维材料转移？
A：二维材料转移后的精细清洗优先选紫外臭氧清洗。等离子清洗速度快但易造成材料损伤，适合重污染预处理；紫外臭氧清洗更温和，可精准控制氧化程度，兼顾清洁与功能化需求，更适配转移后的表面处理工序。
