Methodenartikel

Erweiterte Experimentelle Methoden für Niedertemperatur-Magneto Messung der Novel Materials

DOI:

10.3791/53506

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21. Januar 2016

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1Engineering Physics Division, National Institute of Standards and Technology

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Wir beschreiben die Methodik der mechanischen Exfoliation und Abscheidung von Flocken neuartiger Materialien mit mikrometergroßen Abmessungen auf das Substrat, die Herstellung von experimentellen Bauelementstrukturen für Transportexperimente und die Magnetotransportmessung in einem trockenen Helium-Close-Cycle-Kryostaten bei Temperaturen bis zu 0,300 K und Magnetfeldern bis zu 12 T.

Zusammenfassung

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Neuartige elektronische Materialien werden oft zum ersten Mal durch Syntheseprozesse hergestellt, die Massenkristalle liefern (im Gegensatz zur einkristallinen Dünnschichtsynthese) zum Zwecke der explorativen Materialforschung. Bestimmte Materialien stellen eine Herausforderung dar, bei der die traditionelle Herstellungsmethode für Hall-Bar-Geräte unzureichend ist, um ein messbares Gerät für die Probentransportmessung herzustellen, hauptsächlich weil die Einkristallgröße zu klein ist, um Drahtleitungen in einer Hall-Bar-Konfiguration an der Probe anzubringen. Dies kann zum Beispiel daran liegen, dass die erste Charge eines neuen Materials synthetisiert wird, sehr kleine Einkristalle ergibt oder dass Flocken von Proben von einer bis sehr wenigen Monoschichten gewünscht sind. Um eine schnelle Charakterisierung von Materialien zu ermöglichen, die parallel zu Verbesserungen ihrer Wachstumsmethode durchgeführt werden kann, wurde ein Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen für sehr kleine Proben entwickelt, das die Charakterisierung neuartiger Materialien ermöglicht, sobald eine Vorcharge hergestellt wurde. Eine geringfügige Variation dieses Verfahrens ist anwendbar für die Herstellung von Vorrichtungen unter Verwendung von exfoliierten Proben aus zweidimensionalen Materialien wie Graphen, hexagonalem Bornitrid (hBN) und Übergangsmetall-Dichalkogeniden (TMDs) sowie Mehrschicht-Heterostrukturen solcher Materialien. Hier präsentieren wir detaillierte Protokolle für die experimentelle Bauelementherstellung von Fragmenten und Flocken neuartiger Materialien mit mikrometergroßen Abmessungen auf ein Substrat und die anschließende Messung in einem kommerziellen supraleitenden Magneten, einem trockenen Helium-Kryostaten-Magnetotransportsystem mit engem Zyklus bei Temperaturen bis zu 0,300 K und Magnetfeldern bis zu 12 T.

Einleitung

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Das Streben nach Materialien Plattformen für fortschrittliche Elektronik-Technologie fordert Verfahren zur Hochdurchsatz-Materialsynthese und die anschließende Charakterisierung. Neuartige Materialien von Interesse in dieser Verfolgung kann in Groß durch direkte Reaktion Synthese 1,2, elektrochemische Wachstum 3,4, und andere Methoden 5 eine schnellere Art und Weise, als mehr beteiligt Einkristall-Dünnfilmdepositionstechniken, wie beispielsweise Molekularstrahlepitaxie oder hergestellt werden chemische Gasphasenabscheidung. Das herkömmliche Verfahren, um die Transporteigenschaften der Volumenkristall Proben zu messen, ist eine rechtec....

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Protokoll

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1. Herstellung des Substrats

  1. Erhalten 4 Zoll Silicium (Si) -Wafer der stark dotierten p-dotierten Si von etwa 300 nm aus SiO 2 bedeckt. Diese Substratstruktur ermöglicht es dem Träger, um als Backgate zu dienen.
  2. Verwendung Ausarbeitung / Design-Software, die Gestaltung eines 1 cm x 1 cm Muster mit gleichmäßig verteilten Funktionen, wie aufgezählt Kreuzen, in der x- und y-Richtung, um als Positions Locators auf dem Substrat zu übertragen Probe Flocken und Ausrichtungsmarken für die Elektronenstrahllithografie verwendet ( Abbildung 1).
    1. Öffnen Sie eine neue Datei in einem redaktionellen Programm wie AutoCAD.

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Ergebnisse

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Figur 3 zeigt einen typischen Hall-Vorrichtung für den Zweck eines Niedertemperatur-Magneto Experiment gemustert. Das optische Bild in der oberen Abbildung zeigt eine erfolgreich fertigt Graphene / hBN Halle bar; das untere Bild zeigt die Vorrichtung schema mit den Landauer-Büttiker Randstaaten, die von den Landau-Niveaus (LLS) entstehen, einen Transportmechanismus, der verwendet werden kann, um die Werte der quantisierten Hall-Widerstände zu berechnen, die experimentell.......

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Diskussion

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Nach der Erfassung von hoher Qualität Massenproben, dadurch gekennzeichnet, geeignete Zusammensetzung und Struktur zu gewährleisten, werden die Proben in den von Peeling Flocken Probe dargestellten Geometrie auf 1 cm × 1 cm große Stücke des Substrats strukturiert. Substrate der stark p-dotierten Si von etwa 300 nm aus SiO 2 bedeckt sind bevorzugt, da sie die experimentelle Parameterraum zu erhöhen, indem man die Anwendung eines Rückgate. Weniger als 10 nm - - um eine ausreichende Feldeffekt zum Abstimmen des .......

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Offenlegungen

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Die Autoren erklären, dass keine konkurrierenden finanziellen Interessen bestehen. In diesem Beitrag werden kommerzielle Materialien, Instrumente und Geräte identifiziert, um das experimentelle Verfahren so vollständig wie möglich zu spezifizieren. In keinem Fall bedeutet eine solche Kennzeichnung eine Empfehlung oder Billigung durch das National Institute of Standards.

Danksagungen

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Diese Arbeit wird vom National Institute of Standards and Technology des Handelsministeriums der Vereinigten Staaten unterstützt.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Cryogenic Limited 12 T CFMSCryogen LimitedCFM-12T-H3- IVTI-25Magnetotransportsystem, kundenspezifisch mit moduliertem Feldmagneten (Schritt 4)
7270 DSP Lock-in-VerstärkerSignalrückgewinnung7270Lock-in-Verstärker für Source/Drain- und Spannungsmessungen (Schritt 4)
GS200 DC Spannungs-/StromquelleYokogawaGS200Spannungsquelle für Gate-Spannungsanwendung (Schritt 4)
2636B System SourcemeterKeithley2636BSourcemeter für Source/Drain- und Spannungsmessungen
DWL 2000 Laser Pattern GeneratorHeidelberg InstrumentsDWL 2000Erzeugung einer Chrommaske für die Lithographie des Substratstandorts/Ausrichtungsmerkmalsmusters (Schritt 1.3)
Süss MicroTec MA6/BA6 Contact AlignerSäussMA6Wird für die Lithographie von Substratpositions-/Ausrichtungsmerkmalsmustern verwendet (Schritt 1.4.12)
JEOL Direct Write Elektronenstrahl-LithographiesystemJEOLJBX 6300-FS Hochauflösende Lithographie von Geräten durchführen
Discovery 550 SputtersystemDenton VacuumDiscovery 550SiO2 Sputtern (Schritt 2.5)
Infinity 22 ElektronenstrahlverdampferDenton VacuumInfinty 22Cr/Au-Abscheidung durchführen (Schritte 1.5 und 3.7)
Unaxis 790 Reaktiver IonenätzerUnaxisUnaxis 790Probe in die Hall-Stabstruktur ätzen (Schritt 3.4)
PMMA 495 A4MicroChemPMMA 495 A4Polymerbeschichtung/Elektronenstrahlmaske für die Lithographie (Schritt 3.5.1)
PMMA 950 A4MicroChemPMMA 950 A4Polymerbeschichtung/Elektronenstrahlmaske für Probenteilung und Lithographie (Schritte 1.7.3, 3.3.1 und 3.5.2)
S1813 Positiver FotolackMicroChemS1813 G2Positiver Fotolack (Schritt 1.4.8)
LOR-ResistMicroChemLOR 3ALift-off-Resist (Schritt 1.4.3)
1:3 MIBK:IPA PMMA EntwicklerMicroChem1:3 MIBK:IPAPMMA Entwickler
MF-321 EntwicklerMicroChemMF-321Novolac positive Photoresist-kompatible Entwicklerlösung (Schritt 1.4.15)
Diglycidiylether-terminiertes PolydimethylsiloxanSigma AldrichSA 480282Zum Stapeln von Schichtmaterial (Schritt 2.6.1)
PolypropylencarbonatSigma AldrichSA 389021Für das Stapeln von Schichtmaterial (Schritt 2.6.2)

Referenzen

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  1. Doty, F. P. Properties of CdZnTe crystals grown by a high pressure Bridgman method. Journal of Vacuum Science & Technology B. 10 (4), 1418-1422 (1992).
  2. Ikesue, A., Kinoshita, T., Kamata, K., Yoshida, K.

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Schlagwörter

Exfoliierte ProbenElektronenstrahllithografieHall Bar Designreaktives Ionen tzenMetallkontaktabscheidungsupraleitender MagnetTrockenhelium KryostatQuanten Hall Effekt

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