范德华(vdW)接触以其无键相互作用的特性，为尖端掩模技术开辟了令人振奋的新可能。这种技术能在原子尺度上实现与样品的极近距离接近，同时保持非破坏性工程特性。本研究提出了一种采用模板条纹超平Ag/Au薄膜的vdW金属掩模概念，通过光学显微镜下的探针辅助金属薄膜转移技术，在二维材料上实现了全固态且无残留的工程示范。这种vdW金属掩模的强健特性使其能承受包括气体、液体、固体、等离子体和光照在内的多种处理，成为制备亚1微米分辨率二维材料器件和样品的通用工具，且完全无需光刻技术。该技术凭借其简易的样品制备、超净表面特性以及在严苛条件下的稳定性，有望在二维材料研究领域获得广泛应用。

        在本研究中，我们提出了一种称为"光学显微镜下探针转移-范德华金属掩模"（PVOM）的新方法，用于实现无残留、全固态的二维材料工程，以实现局部区域处理和多种电子器件制备。转移的金属薄膜由厚度分别为10 nm和150 nm的Ag/Au组成，作为范德华金属掩模（vMM）。值得注意的是，该掩模采用钨探针尖端进行转移，整个过程不涉及任何有机聚合物和溶剂。截面扫描透射电子显微镜（STEM）分析显示，金属薄膜下方存在1-2 nm的氧化层，以及0.8 nm的较大范德华间隙，这提供了适当的范德华力，使掩模能够紧密附着样品，同时也能在不损伤二维材料的情况下移除掩模。

光学显微镜下的探针转移范德华金属掩模

       PVOM系统的设备配置如图1a所示示意图。该装置包含一台用于观察探针尖端和样品的光学显微镜（OM），实物照片如图1b所示。该OM系统配备可实现XYZ轴移动的样品台，确保目标样品与vMM的精确对准。探针操纵器通过真空固定或磁性吸附固定在稳固的基底上，可在物镜下实现探针的精细操控。系统实物照片见图S1（补充材料）。需要特别说明的是，PVOM可采用多种由OM和探针操纵器组成的设备组合。更多系统细节详见注S1（补充材料）。

图1

光学显微镜 （PVOM）下的探针转移范德华金属薄膜。

a) PVOM系统示意图，包含光学显微镜和探针操纵装置。

b) 探针辅助金属薄膜操作实景图，展示了长工作距离物镜和探针尖端。

c) 金属薄膜（10 nm Ag层/150 nm Au层）的截面扫描透射电子显微镜（STEM）图像。比例尺：50 nm

d) 不同尖端半径（0.5-25 μm）探针的光学显微镜图像。比例尺：100 μm

e) 探针尖端切割金属薄膜示意图。

f) 金属薄膜转移至平面基底目标薄片的示意图。

g) 范德华金属掩模（vMM）覆盖薄片半区进行处理的示意图。

h) 金属薄膜从目标薄片剥离过程示意图。

i) vMM辅助处理的典型结果：MoTe₂薄片半区经O₂等离子体处理3分钟（插图），移除掩模后的光学显微镜图像。比例尺：10 μm

j) 与图1i对应的原子力显微镜（AFM）图像，插图为白虚线标记区域的高度轮廓。比例尺：10 μm

k) vMM覆盖WSe₂薄片的截面STEM图像。比例尺：10 nm

l) 图1k黑框区域的放大STEM图像。比例尺：2 nm

PVOM 的探针尖端辅助金属膜作方法：

       我们在图2a中用红色箭头表示探针移动方向，绿色箭头表示金属变形方向，将整个过程分为8个步骤进行示意说明。

       如图步骤I所示，当探针尖端接触基底并从金属薄膜的一个角落推动时，150nm厚的金膜因其优异的延展性，能够承受探针的压力并弯曲成拱形，从而从基底脱离。继续推进探针可使其移动到金属薄膜下方（图2a步骤II），此时通过x和y方向的移动可实现金属薄膜边缘的剥离（图2a步骤III）。随后，探针可以像折纸一样折叠金属薄膜（图2a步骤IV），使其边缘在探针移除后仍能保持垂直状态（参见补充材料图S7）。

       根据不同的应用需求，我们开发了两种将金属薄膜固定在探针尖端的方法（图2a步骤V-1和V-2）：对于小尺寸金属薄膜的精确对准，采用步骤V-1方法，使用In-Ga合金作为特殊金属胶进行固定；对于大尺寸金属薄膜的转移，则采用步骤V-2方法，通过在金属薄膜上穿刺孔洞实现固定。随后，只需沿x和z方向移动探针即可将金属薄膜从母基底移除（图2a步骤VI），并通过精确对准将其转移到目标薄片上（图2a步骤VII）。具体而言，在薄膜接近过程中，金属薄膜的最低处（一个角落）首先接触基底，然后通过操纵器的移动和旋转实现对准和释放。

图2

探针座

钨钢镀金探针