المجال الكهربائي لسيطرة الدول الإلكترونية في نانوديفيسيس₂ WS بالكهرباء النابضة

الهدف العام من هذا الإجراء هو استخدام بوابات الإلكتروليت للتحكم في رقم الموجة الحاملة وتحقيق انتقالات الطور الكمي الناجم عن المجال الكهربائي في ترانزستورات ثاني كبريتيد التنغستن. توفر هذه التقنية استراتيجية قوية لتحقيق انتقالات الطور الكمي ، بما في ذلك الموصلية الفائقة الناجمة عن المجال الكهربائي. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكن إنشاء مجال كهربائي قوي حتى تحت جهد التحيز المنخفض ، مما يؤدي إلى كثافة حاملة كبيرة عن طريق المنشطات الكهروستاتيكية أو الكهروكيميائية.

لبدء تحضير تشتت الأنابيب النانوية ، امزج حوالي 0.8 ملليغرام من الأنابيب النانوية ثاني كبريتيد التنغستن مع ثمانية ملليلتر من كحول الأيزوبروبيل. قم بتقطيع الخليط لمدة 20 دقيقة لتفريق مسحوق الأنابيب النانوية في كحول الأيزوبروبيل. لتجنب تسخين التعليق ، استرحه لمدة دقيقة واحدة بعد كل خمس دقائق من الصوتنة.

بعد ذلك ، قم بتشغيل المغطي الدوار ومضخة التفريغ المرفقة به. ضع ركيزة نظيفة من السيليكون / ثاني أكسيد السيليكون في وسط ظرف التفريغ ، وثبتها في مكانها. ضع تعليق الأنبوب النانوي ثنائي كبريتيد التنغستن 0.1 ملليغرام لكل مليلتر على الركيزة على شكل قطرات حتى يتم تغطية سطح الركيزة بالكامل.

بتدوير الركيزة عند 4 ، 000 دورة في الدقيقة لمدة 50 ثانية. لبدء تحضير رقائق ثاني كبريتيد التنغستن ، ضع عينة صغيرة من ثاني كبريتيد التنغستن على الجانب اللاصق من الشريط اللاصق الخالي من السيليكون. قم بطي الشريط وافتحه بعناية لتقشير طبقة رقيقة من ثاني كبريتيد التنجستن ميكانيكيا من الجزء الأكبر.

استمر في طي الشريط وفتحه حتى تغطي العينة المقشرة الشريط كطبقة رقيقة. بعد ذلك ، ضع الشريط برفق على وجه ثاني أكسيد السيليكون لركيزة نظيفة من السيليكون / ثاني أكسيد السيليكون. قم بالضغط الخفيف على الشريط لنقل رقائق ثاني كبريتيد التنغستن إلى الركيزة.

افصل الشريط بعناية عن الركيزة ، واترك سطح الركيزة مغطى برقائق ثاني كبريتيد التنغستن الرقيقة. لبدء تصنيع الجهاز ، ضع ركيزة من السيليكون / ثاني أكسيد السيليكون مطلية بأنابيب نانوية ثاني كبريتيد التنغستن أو رقائق رقيقة في وسط ظرف الفراغ المغطي الدوار. ضع قطرات من PMMA على الركيزة حتى يتم تغطية سطحها.

بتدوير الركيزة عند 4 ، 000 دورة في الدقيقة لمدة 50 ثانية لطلاء الركيزة بشكل موحد باستخدام PMMA ، وبالتالي حماية الأنابيب النانوية أو الرقائق ثاني كبريتيد التنغستن من التعرض للهواء. قم بتسخين الركيزة المطلية ب PMMA عند 180 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة. بعد ذلك ، ضع الركيزة على مسرح المجهر البصري المجهز بكاميرا.

افحص الركيزة بتكبير 20X ، وحدد ستة إلى 10 عينات معزولة من ثاني كبريتيد التنغستن بحجم مناسب. التقط صورا لكل عينة معزولة بتكبير 5X و 20X و 100X. بعد ذلك ، افتح برنامج CAD ، وقم بتحميل تنسيق شبكة الركيزة.

قم باستيراد صور العينات ، وحدد حجم وموقع كل صورة من العلامات الموجودة على الركيزة. ارسم مربعا بحجم 1 ، 200 ميكرومتر و 300 ميكرومتر مربع حول كل عينة. صمم أنماطا واسعة النطاق بما في ذلك البوابة والمصدر والصرف والوسادات الأخرى في كل مربع كبير ، باستثناء الهياكل الدقيقة بالقرب من العينات.

أضف علامات في كل مربع صغير لتحديد مواقع العينة بدقة. عندما يتم تصميم الأنماط لجميع العينات، احذف جميع الأنماط والعلامات. تصدير الأنماط والعلامات كملفات DXF.

بعد ذلك ، ضع الركيزة على مرحلة العينة لأداة الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون. أدخل مرحلة العينة في الغرفة الرئيسية ، وابدأ في إخلاء الغرفة. قم بتحويل ملف DXF للعلامات الصغيرة إلى ملف خلية.

ضع علامة على الملف للطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون ، واحفظ الملف بتنسيق con لأداة الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون. بمجرد أن يكون ضغط الغرفة الرئيسية أقل من خمسة أضعاف 10 إلى سالب خمسة باسكال ، افتح برنامج الجهاز وقم بتشغيل مسدس الإلكترون. نمط الركيزة بعلامات صغيرة.

بعد ذلك ، قم بتربيت الركيزة بالتصميمات الأكبر باستخدام نفس العملية. عند اكتمال الطباعة الحجرية ، قم بإيقاف تشغيل شعاع الإلكترون وقم بإنهاء البرنامج. تنفيس الغرفة الرئيسية ، وإزالة الركيزة المزخرفة.

قم بتطوير الركيزة عن طريق الغمر في خليط من واحد إلى ثلاثة من ميثيل إيزوبوتيل كيتون وكحول الأيزوبروبيل لمدة 30 ثانية. اغسل الركيزة بكحول الأيزوبروبيل ، وجفف الركيزة المطورة بمسدس نيتروجين. التقط مجموعة أخرى من الصور لكل عينة بتكبير 5X و 20X و 100X.

قم باستيراد الصور إلى برنامج CAD. حدد موقع الصور بواسطة علامات صغيرة مصممة. ثم قم بتصميم الهيكل الدقيق للجهاز.

قم بتصميم الركيزة باستخدام الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون ، وقم بتطوير وتجفيف الركيزة. لبدء عملية ترسيب القطب الكهربائي ، قم بتثبيت الركيزة المزخرفة على حامل ركيزة ترسيب البخار. قم بتوصيل حامل الركيزة بقضيب نقل ، وقم بإخلاء الغرفة.

ثم أدخل الركيزة في الغرفة الرئيسية للمبخر. ابدأ في تدوير حامل الركيزة. إخلاء الغرفة الرئيسية.

افتح الغالق ، وقم بإيداع خمسة نانومتر من الكروم كطبقة الالتصاق الأولية. ثم قم بزيادة التيار إلى 30 أمبير. تبخر الذهب بمعدل ترسيب وسمك مناسبين.

أغلق الغالق لإنهاء الترسيب. قلل التيار ببطء إلى الصفر ، وقم بإيقاف تشغيل المصدر الحالي. ثم أوقف دوران حامل الركيزة.

اترك الركيزة ترتاح في الغرفة لمدة ساعة واحدة لتبرد إلى درجة حرارة الغرفة قبل إزالتها. بعد ذلك ، قم بتغطية الوسادات وأقطاب البوابة بشريط لاصق ، مع الحرص على فضح الهياكل الدقيقة للجهاز. قم بإيداع طبقة ثاني أكسيد السيليكون 20 نانومتر لحماية الأقطاب الكهربائية أثناء بوابات الإلكتروليت.

بعد ترسيب القطب الكهربائي ، افصل الأجهزة عن طريق تقطيع الركيزة إلى قطع صغيرة. اغمر جهازا واحدا في الأسيتون لمدة ساعة واحدة في درجة حرارة الغرفة لإزالة بقايا PMMA والذهب. ثم اغسل الجهاز بكحول الأيزوبروبيل وجففه بمسدس نيتروجين.

ثبت الجهاز على حامل رقاقة مع معجون فضي موصل. قم بربط كل وسادة قطب كهربائي بقطب كهربائي على حامل الرقاقة بأسلاك ذهبية بسمك 25 ميكرومتر. بعد ذلك ، اغمس زوجا من الملقط في محلول إلكتروليت.

قم بتطبيق المنحل بالكهرباء بعناية على الهيكل الدقيق للجهاز ولوحة البوابة دون تغطية وسادات القطب. ثم قم بتثبيت حامل الرقاقة على حامل عينة نظام القياس. استخدم قضيب النقل لإدخال حامل العينة في النظام.

قم بإخلاء الغرفة إلى ظروف الفراغ العالية. استخدم برنامج القياس لإجراء قياسات النقل. لوحظت منحنيات نقل ثنائية القطب لكل من الأنابيب النانوية ثاني كبريتيد التنغستن وأجهزة التقشر.

كان السلوك الثنائي القطب قابلا للعكس وقابلا للتكرار ، مما يشير إلى أن هذه العمليات نتجت عن المنشطات الكهروستاتيكية. تم فحص تيار تصريف المصدر لجهاز الأنبوب النانوي ثاني كبريتيد التنغستن كدالة لجهد البوابة ووقت الانتظار. يشير سلوك التشبع الأولي إلى المنشطات الكهروستاتيكية.

لوحظ تعاطي المنشطات الكهروكيميائية عند الفولتية المرتفعة للبوابة. أشارت الزيادة الهائلة في تيار تصريف المصدر عندما تم الاحتفاظ بجهد البوابة عند ثمانية فولت لعدة دقائق إلى إقحام أيونات البوتاسيوم في طبقات ثاني كبريتيد التنغستن دون الإضرار بالتركيب البلوري. لوحظت استجابة بوابة مماثلة لأجهزة رقائق ثاني كبريتيد التنغستن.

حدث سلوك التشبع مع زيادة جهد البوابة إلى ستة فولت ، ولكن لم يلاحظ أي تغيير كبير في كثافة الموجة الحاملة. كان هذا السلوك مؤشرا على المنشطات الكهروستاتيكية. زاد كل من تيار تصريف المصدر وكثافة الموجة الحاملة عندما تجاوز جهد البوابة ستة فولت ، مما يشير إلى حدوث الإقحام.

بعد المنشطات الكهروكيميائية ، أظهر كل من الأنابيب النانوية ثاني كبريتيد التنغستن وأجهزة التقشر الموصلية الفائقة في درجات حرارة منخفضة. بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في فيزياء المادة المكثفة وعلوم المواد لاستكشاف تحولات الطور الكهربائي ، بما في ذلك الموصلية الفائقة الناجمة عن المجال الكهربائي وتحولات طور الهيكل في مجموعة متنوعة من المواد. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية استخدام بوابات السائل الأيوني على المواد الصلبة لكل من المنشطات الكهروستاتيكية والكهروكيميائية.