طرق التجريبية المتقدمة لدرجات الحرارة المنخفضة Magnetotransport قياس المواد الجديدة

الهدف العام من هذا الإجراء هو قياس الخصائص الكهربائية للبلورات المفردة لمواد الأغشية الرقيقة أحادية الطبقة ذات الخصائص الإلكترونية المثيرة للاهتمام. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال الإلكترونيات النانوية مثل كيفية تفاعل طبقات مفردة من المواد المختلفة ، مكدسة فوق بعضها البعض ، إلكترونيا وما هو السلوك الإلكتروني الناشئ للبنية غير المتجانسة الناتجة. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تنتج عينات عالية الجودة وخالية من العيوب ومتعددة الطبقات لقياس النقل.

على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر نظرة ثاقبة للجرافين ، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضا على أنظمة أخرى مثل ثنائيات الكالكوجينيدات المعدنية الانتقالية والعوازل الطوبولوجية ومواد الطبقة الأخرى. يتم تغطية إعداد الركيزة في بروتوكول النص. يجب أن تكون الرقائق عينة سائبة عالية الجودة.

للبدء ، قشر رقائق العينة. قم بإعداد قطعة واحدة في ثلاثة سنتيمترات من شريط تقطيع الرقاقة القياسي ، وكشف سنتيمترا مربعا من المادة اللاصقة عن طريق تقشير ورق التحرير للخلف. اضغط على الجزء اللاصق مقابل العينة السائبة على الشريحة.

تأكد من تغطية معظم المنطقة اللاصقة بالعينة. ثم اضغط على الشريط على الجانب اللاصق لقطعة أخرى وقشرها عن بعضها. استمر في القيام بذلك حتى تبدو رقائق العينة المرفقة بشريط التقطيع شفافة.

ثم اضغط على الشريط مع رقائق العينة على قطعة من الركيزة المعدة. قشر الشريط بعيدا مع ترك الرقائق ملتصقة بالركيزة. افحص الركيزة تحت المجهر.

لاحظ موضع التقشر المناسب على الركيزة باستخدام العلامات الموضعية المزخرفة على الركيزة. تابع باستخدام مجهر القوة الذرية لقياس سمك التقشر. يجب أن يكون سمكها أقل من 100 نانومتر.

اختياريا ، قم بإيداع ثاني أكسيد السيليكون المتناثر على العينة لإنشاء مصفوفة عازلة ، وتثبيت العينة على الركيزة. لإنتاج هياكل غير متجانسة تتكون من رقائق متعددة ، قم بإعداد أكوام من الرقائق. أولا ، قم بعمل ختم ميكانيكي شفاف ل PDMS و PPC كما هو موضح في بروتوكول النص.

بعد ذلك ، باستخدام جهاز تحديد المواقع المصغر ، ضع الختم فوق القشرة الأولى من المواد ذات الطبقات في مكدس البنية غير المتجانسة. ثم اضبط المحور Z للضغط على الختم لأسفل على رقائق العينة. تتطلب هذه الخطوة الصبر والدقة والاهتمام الدقيق بالتغييرات الطفيفة في لون PPC PDMS عند ملامستها لرقائق العينة.

بعد ذلك ، قم بتسخين العينة إلى حوالي 40 درجة مئوية باستخدام سخان المقاومة أسفل العينة. هذا يزيد من التجاذب بين PPC والعينة. بعد التسخين لمدة دقيقتين ، ارفع الختم ببطء.

يجب إرفاق رقائق العينة ب PPC. الآن ، ضع الختم الميكانيكي مع رقائق العينة المرفقة فوق الرقائق التالية من المواد ذات الطبقات لاستخدامها في المكدس. راقب المحاذاة بعناية وقم بخفض الختم ببطء حتى تتلامس القشرة المرفقة مع القشرة التالية.

ثم اضغط برفق على العينة. بعد ذلك ، سخني العينة إلى 40 درجة مئوية لمدة دقيقتين مرة أخرى. بعد ذلك ، ارفع الختم ببطء لأعلى ، ويجب إرفاق رقائق العينة التالية ، لتشكيل كومة.

كرر هذه العملية حتى يكتمل المكدس بالحجم المطلوب. الآن ، قم بنقل مكدس البنية غير المتجانسة إلى ركيزة جديدة عن طريق الضغط برفق على الختم أولا على قطعة الركيزة الجديدة. ثم قم بتسخين الختم والركيزة إلى 100 درجة مئوية لمدة خمس دقائق.

بينما لا تزال عند 100 درجة مئوية ، ارفع الختم ببطء تاركا المكدس على الركيزة. تتضمن الخطوة الأولى من هذا البروتوكول استخدام صور العينة عند تكبير 20 X و 100 X لإعداد تصميم للطباعة الحجرية لحزمة الإلكترون. والنتيجة هي تصميم شريط Hall من ستة أطراف.

الخطوة التالية هي تصميم التصميم في PMMA. أولا ، قم بتدوير طبقة من PMMA بوزن جزيئي يبلغ 950،000 على رقاقة بحجم أربع بوصات بسرعة 5،000 دورة في الدقيقة لمدة دقيقتين. ثم اخبزي الرقاقة على حرارة 180 درجة مئوية لمدة دقيقتين.

واتركها تبرد لبضع دقائق أخرى قبل استخدامها. الآن ، قم بتحميل العينة على نظام الطباعة الحجرية لحزمة الإلكترون. وباتباع البروتوكولات القياسية ، اطبع النمط على الرقاقة المشفرة PMMA.

ثم احفر العينة في قاعة بار ميسا. استخدم نظام النقش الأيوني التفاعلي لحفر العينة في شريط القاعة ، باستخدام النمط المقنع في وقت سابق. بمجرد اكتمال النقش ، قم بإزالة PMMA بالأسيتون ، ثم اشطفه بالأيزوبروبانول متبوعا بالماء.

لتحضير قناع مقاومة الشعاع الإلكتروني ، لترسيب الملامسات المعدنية ، استخدم طبقتين من PMMA. اصنع الطبقة الأولى باستخدام PMMA بوزن جزيئي يبلغ 495،000 ، والطبقة الثانية بوزن جزيئي 950،000. بعد ذلك ، استخدم نظام الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون كما كان من قبل لعمل نمط تلامس على الرقاقة.

تتمثل الخطوات النهائية في إيداع معدن الذهب الكروم في العينة باستخدام مبخر شعاع إلكتروني متبوعا برفع معدني. يتم وصف هذه العمليات بالتفصيل في بروتوكول النص. بالنسبة لتجربة النقل المغناطيسي ، قم أولا بإعداد حزمة نقل كهربائية مع عينة مصنعة.

بعد ذلك ، قم بإرفاق العبوة بإحكام بطرف المسبار. ثم قم بتوصيل جميع أجهزة التشخيص بالمسبار. توصيلات آمنة بقناة التحكم في درجة الحرارة وقنوات القياس الكهربائية.

الآن ، قم بتنفيس غرفة معادلة الضغط وأدخل طرف المسبار ، وأغلقه في مكانه باستخدام مشبك وحلقة O. بعد ذلك ، قم بتعيين قياسات النقل وفقا لنوع المسبار المحدد. بعد ذلك ، قم بضخ الهواء وبخار الماء في غرفة معادلة الضغط طالما دعت الحاجة باستخدام مضخة تفريغ.

أغلق التبادل وأغلق صمامات غرفة معادلة الضغط. الآن ، افتح الصمامات التي تفصل مساحة غرفة معادلة الضغط عن مساحة القياس. الخطوة التالية هي إدخال الحجم المطلوب من الغاز في مساحة المسبار.

الآن ، اضبط درجة حرارة الامتصاص الصغير والحرارة الرئيسية حسب الحاجة. وقم بخفض المسبار ببطء في وسط مساحة القياس. بعد ذلك ، أرسل النظام إلى ما يقرب من الصفر كلفن وفقا لنوع المسبار.

بمجرد انخفاض درجة الحرارة ، ابدأ في أخذ قياسات النقل عند مجموعة من درجات الحرارة والمجالات المغناطيسية وجهد البوابة وما إلى ذلك. تم تصميم جهاز قضيب القاعة في الجرافين المكدس على نيتريد البورون السداسي لتجربة النقل المغناطيسي بدرجة حرارة منخفضة ، كما هو موضح. يوضح هذا التخطيطي حالات حفر Landauer-Butikker التي تنشأ من مستويات Landau.

توفر حالات الحفر هذه آلية نقل لحساب قيم مقاومات القاعة المقاسة. تضمنت المحيطات التجريبية تعريض الجهاز لمجالات مغناطيسية تصل إلى 12 تسلا ، ودرجات حرارة منخفضة تصل إلى صفر نقطة ثلاثة كلفن ، وفولتية بوابة تصل إلى 30 فولت. تتوافق هضاب مقاومة القاعة المقاسة مع ملء مستوى لانداو.

هذا مثال نموذجي لتأثير هول الكمي. في ستة تسلا ، تم فحص مقاومة هول والمقاومة الطولية كوظائف لجهد البوابة الخلفية لوصف تأثير هول الكمي على الجرافين. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إنتاج عينات عالية الجودة وخالية من العيوب ومتعددة الطبقات لقياس النقل عن طريق تقشير العينة ، وتكديس التقشر باستخدام جهاز تحديد المواقع المجهرية والمجهر ، وأدوات التصنيع النانوي المتقدمة.

أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر التحلي بالصبر والدقة. بعد تطويرها ، تمهد هذه التقنيات الطريق للباحثين في مجال الإلكترونيات النانوية لاستكشاف السلوكيات الكمومية الجديدة في الجرافين والجرافين شريط نيتريد غير المتجانس.