制造二维电子学的标准可靠方法

这种方法可以帮助回答 2D 材料器件制造领域的关键问题，这些问题与精确定位 2D 材料样品的技术有关，为后续制造步骤做准备。这种技术的主要优点是这是为小规模设备的开发量身定制的，因为寻找材料的位置更具挑战性。演示该程序的是 Po-Chun Chen 和 Kristan，他们是我实验室的研究助理和研究生。

制造过程需要两个准备好的基板。第一种是带有钛和金金属焊盘阵列的硅基背门二氧化硅。第二种衬底是蓝宝石，带有沉积的二硫化钼层。

将含有二硫化钼的蓝宝石衬底带到旋涂机中。旋涂 PMMA 以 3， 500 rpm 的速度覆盖二硫化钼的顶部，持续 30 秒。然后，将样品移至热板上，在 120 摄氏度下烘烤 3 分钟，以加强 PMMA 涂层。

接下来，准备 50 毫升氨溶液。浸入样品以将二硫化钼与基材分离。薄膜分离后，将其从氨溶液中取出。

将二硫化钼薄膜转移到硅衬底上的二氧化硅上。为了增强粘附力，请将样品在 120 摄氏度下烘烤至少 30 分钟。回收样品并将其置于 30 毫升丙酮中。

大约 30 分钟后，PMMA 将被去除，如颜色变化所示。在继续之前，用异丙醇冲洗样品，并使用氮气将其吹干。现在，准备进行电子束光刻。

使用光学显微镜测量目标位置和样品上的对准标记之间的位移。根据这些测量结果，使用软件设计金属电极图案布局。在样品顶部旋涂 Photo Resist 并确保它覆盖整个样品。

继续在 100 摄氏度下软烤样品 90 秒以增强附着力。在电子束光刻机上，上传设计并定位样品。硅-二氧化硅衬底中的对准标记应与设计中的相应标记相匹配。

将样品暴露在电子束下。完成后，将样品取到热板上。在曝光后烘烤中将样品加热至 120 摄氏度 90 秒。

接下来，准备好一个 TMAH 容器作为显影剂，并将样品浸入 80 秒。然后，用 200 毫升去离子水洗涤样品 10 秒。用光学显微镜检查样品以确定模式是否发育良好。

如果显影良好，请将样品在 110 摄氏度下硬烤 90 秒。下一步是使用电子枪蒸发器在样品上沉积 100 纳米的金。沉积后，去除 Photo Resist。

要溶解光刻胶，请准备 100 毫升丙酮。将样品浸入丙酮中以进行剥离。使用光学显微镜监控过程，并在只剩下金属管线和焊盘时停止。

在表征过程中，从设备中的源电极和漏电极中选择，然后使用解剖力显微镜对样品施加载荷。此处 X 表示施加负载的位置。原子力显微镜加载会在设备上产生压缩应变。

以下是二硫化钼器件在产生压缩应变的不同施加力下的电流电压特性。在给定电压下，器件的电流随着施加力的增加而减小，反之亦然，表明器件电阻发生变化，这是压电传感器的预期行为。这些数据是二硫化钼器件在 1 伏特的固定偏置电压下对重复压缩应变的电流响应。

输出电流在重复施加 10 纳牛顿的力时几乎没有变化，表明传感器是稳定的。一旦掌握并正确执行，这项技术可以连续 20 小时完成，包括制造所有晶体管。开发后，该技术可以作为未来纳米器件开发的平台，因为它为未来先进纳米器件的生产铺平了道路。

观看此视频后，您应该对如何使用标准制造工艺（包括电子束光刻和金属电沉积）可靠地制造 2D 背门晶体管有很好的了解。虽然这种方法迎合了 2D 纳米材料器件的开发，但它也可以应用于 1D 材料。不要忘记，使用 TMAH、氨溶液、PMMA 和其他光敏电阻可能非常危险，因此在执行此程序时应始终佩戴个人防护设备。