使用聚焦离子束技术制备层状半导体纳米结构的欧姆接触及其电学表征

本实验的总体目标是利用聚焦离子束技术，观察在半导体材料的单个纳米结构层上形成欧姆接触的过程。该方法有助于回答纳米技术领域的一些关键问题，例如如何在无需退火处理的情况下，在单个纳米材料上制备良好的欧姆接触。该技术的主要优势在于，聚焦离子束金属沉积方法可在单层半导体纳米结构上实现高度可重复的电接触。

与椎间盘造影等其他技术相比，整个过程也相对简单。在按照随附文本方案对二硒化钼层状晶体进行结构表征后，开始制备二硒化钼层状纳米晶体器件。首先，用丙酮清洁一对镊子，然后再用酒精擦拭。

使用镊子挑选出四到八片具有光泽表面且面积大于 0.5 毫米 × 0.5 毫米的二硒化钼层状晶体。将每片晶体置于一片尺寸为 20 毫米 × 60 毫米的切割胶带上。将胶带对折，以剥离其层状结构。

Crystal，重复此操作约20次。通常层状晶体可剥离成大量微米级大小的晶体。获取三个表面带有16个预PA钛金电极的二氧化硅涂层硅基底。

每个模板的面积应约为五毫米乘五毫米的正方形。将带有纳米Krystal粉末层的划片胶带倒置，放置在每个器件模板上。轻轻敲击划片胶带，使约10至100片二硒化钼层状晶体落入每个模板中。

使用导电铜箔胶带将制备好的样品固定在聚焦离子束样品台上。然后将样品台装入聚焦离子束腔室。点击“pump”将腔室抽真空至1×10⁻⁵毫巴。

在扫描电镜（SEM）模式下，将电子束电流设置为41皮安，加速电压设置为10千伏。接着，在聚焦离子束（FIB）模式下，将离子束电流设置为0.1纳安，加速电压设置为30千伏。然后预热离子束系统和气体注入系统。

单击“beam on”按钮开启电子束，并在100倍的低倍率下对图像进行聚焦。接下来，将Z轴工作距离设置为10毫米，以用于扫描电镜（SEM）模式。然后将放大倍数提高至5,000倍，并对样品进行聚焦。

聚焦后，在导航菜单中输入52度的倾斜角，以调整样品台的倾斜角度。接着，选择矩形和方形的二硒化钼。将厚度范围为5至3000纳米的纳米晶体分层。

在电极制备之前，对目标原始材料在1000倍至10,000倍的不同放大倍数下进行SCM成像。随后切换至聚焦离子束模式，使用快照模式成像，以减少目标材料在离子束轰击下的暴露时间。通过首先选择铂沉积模式，然后输入0.2至1.0微米的厚度，来定义电极沉积区域。

接下来，通过点击气体注入模块中的铂沉积框，将气体注入系统的毛细管引入腔室。使用快照模式采集另一幅图像，并调整电极的位置。如果原先定义的图案发生轻微偏移，则启动聚焦离子束沉积。沉积完成后，通过取消勾选铂沉积框，将气体注入系统的毛细管撤回。

接下来，切换至扫描电子显微镜模式，对具有两个或四个电极的完整器件在不同放大倍数下进行成像。完成成像后，调整样品台的倾斜角度，将其恢复至零度，并在不同放大倍数下采集额外的俯视图像，以估算材料宽度和电极间的距离。完成后，关闭电子束和离子束系统，并使气体注入系统冷却。

此外，用氮气对腔室进行排气，然后将支架从腔室中取出。最后，关闭腔室门并再次对腔室抽真空。最后一次。

此处展示了两种两电极和四种四电极钼叉指电极（IDE）器件的代表性场扫描电子显微镜图像。在使用聚焦离子束显微镜（FM）估算多个纳米片的高度后，可通过测量电流与电压关系来表征器件的欧姆接触特性。该器件的电流-电压曲线呈线性关系，证实了二硒化钼器件具有欧姆接触特性。

铂与二硒化钼界面的横截面透射电子显微镜图像显示，由于离子束轰击，在铂与二硒化钼之间形成了约25至30纳米的合金层。该界面的高分辨率透射电子显微镜图像表明，在单晶二硒化钼表面形成了非晶态合金。该合金由钼、硒和铂组成，其比例为2:4:1。

如果在完成开发后正确操作，该技术可在数小时内完成。该技术为纳米技术和材料科学领域的研究人员提供了途径，以便在其半导体材料体系中探索电学特性。