范德华集成(van der Waals integration)是通过弱的范德华力将任意材料组装在一起的集成方法,常规的集成方法则主要是靠强的化学键将不同材料或相同材料结合在一起,如图1所示。因此,范德华集成不依赖于化学键,不涉及对现有材料进行直接化学处理,不限于具有相似晶格结构或需要相容合成条件的材料。范德华集成具有以下三个方面的特点:一是不受晶格匹配或工艺兼容性的制约;二是集成过程较为温和,不涉及高能的物理或化学过程;三是可轻易创建出具有原子级清洁和锐利的界面。
图1. 范德华集成和常规集成的对比
得益于范德华集成不受晶格匹配或工艺兼容性的制约,可以将不同材质、不同形状和不同维度的固体材料,在创建平整的界面间进行范德华异质集成。如图2所示,最典型的范德华集成就是将二维材料(2D,如石墨烯,氮化硼和二硫化钼)和二维材料之间的组装。除此之外,还可以将零维材料(0D,如量子点、纳米颗粒等)、一维材料(1D,如纳米管、纳米线等)、三维(3D,绝缘体、金属、超导体等)与二维材料的集成,甚至零维材料与三维材料和三维材料与三维材料的集成。这些范德华异质集成能够整合每个材料的优势,构建新型复合材料和新型器件结构,实现范德华新材料和新器件性能的优化。

图2. 混合维度的范德华异质集成