Name: Eine Standard und zuverlässige Methode, zweidimensionale Nanoelektronik zu fabrizieren (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 12 s
Description: Erfahren Sie eine zuverlässige Methode zur Herstellung von Nanoelektronik mit zweidimensionalen Materialien wie Molybdändisulfid. Diese Technik ermöglicht präzise Lokalisierung für die Entwicklung kleiner Bauelemente.

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Diese Arbeit wurde von der National Science Council, Taiwan unter Vertrag Nein unterstützt DIE MEISTEN 105-2112-M-003-016-MY3. Diese Arbeit war auch Teil der nationalen Nano Gerät Laboratorien und Elektronenstrahl-Labor in der Elektrotechnik der National Taiwan University unterstützt.

(1) 2D Quasi Heterojunction Transistoren Fertigungsprozess
<ol><li>Bereiten Sie kommerzielle c-Ebene Saphir.<ol>
<li>Reinigen Sie den völlig einseitig geschliffenen Saphir (2 Zoll) mit Aceton.</li>
		<li>Spülen Sie das Saphire Substrat mit Isopropyl-Alkohol.</li>
	</ol></li>
	<li>Wachsen Sie MoS2 auf Saphir Substrat mit CVD in einem warm-Wand-Ofen.<ol>
<li>Statt 0,6 g Molybdän trioxid (MoO3) Pulver in einem quarzboot befindet sich an der Heizung Zone Mitte des Ofens. Setzen Sie das Saphire Substrat flussabwärts neben das quarzboot mit dem MoO3 Pulver.</li>
		<li>Schwefel (S) Pulver in einem separaten quarzboot auf den vorgelagerten Seite des Ofens vorzubereiten. Halten Sie die Temperatur auf 190 ° C während der Reaktion.</li>
		<li>Verwenden von Argon (Ar = 70 Sccm, 40 Torr) gas-Durchfluss, S und MoO3 Dämpfe zum Saphir Substrat zu bringen, während das Zentrum Heizzone bis 750 ° C.</li>
		<li>Halten Sie die Heizzone nach Erreichen der gewünschten Wachstum Temperatur von 750 ° C für 15 min und dann natürlich der Ofen auf Raumtemperatur abkühlen.</li>
	</ol></li>
	<li>Durchführen Sie EBL. Hinweis: Eine dünne Au von ca. 5 nm wurde durch Sputtern für die Entladung bei allen EBL-Prozessen auf Saphir Substrat abgeschieden<ol>
<li>Identifizieren, mit einem optischen Mikroskop, ein Gebiet, wo MoS2 Monolage Flocken beobachtet werden, dann das Layout Streifen Muster für diesen speziellen Bereich mit einem Design-Software (AutoCAD).</li>
		<li>Spin-Mantel Fotolack (PR), zum Beispiel Polymethyl Methacrylat (PMMA) oder P015, auf Probe bei 2000 u/min für 60 s (Raumtemperatur). Sicherstellen Sie, dass die PR die gesamte Probe nach Spin Beschichtung bedeckt hat.</li>
		<li>Erhitzen die Probe (weiche Backen) bei 100 ° C für 90 s um verdunsten der Lösungsmittel in der PR und verbessern die Haftung.</li>
		<li>Die Muster-Layout im Schritt 1.3.1 in einer bestimmten Datei umwandeln (Beispiel: GDS-Datei), und laden Sie sie in der EBL-Software.</li>
		<li>Die ideale Dosis des Elektronenstrahls basierend auf der Breite der Linien im Layout zu bestimmen. Hinweis: Für die Linienbreite schmaler als 1 µm ist die ideale Dosis des Elektronenstrahls 110 µC/cm2; für 1 bis 5 µm Breite ist die Dosis 100 µC/cm2; und für die Breite größer als 5 µm, die Dosis beträgt 80 µC/cm2.</li>
		<li>Verfügbarmachen der Probe Elektronenstrahl zu starten.</li>
		<li>Legen Sie Post Exposure Bake (PEB) auf die Probe nach der Exposition um die stehende Welle Auswirkungen zu verringern. Erhitzen die Probe bei 120 ° C für 90 s.</li>
		<li>Verwenden Sie Tetramethylammonium Hydroxid (TMAH) 2,38 % als Entwickler. Eintauchen die Probe TMAH für 80 S. Auswaschen der TMAH mit 200 mL entionisiertem Wasser für 10 s.</li>
		<li>Prüfen Sie, ob das Muster auch durch optische Mikroskopie entwickelt wird.</li>
		<li>Durchführung von harten Backen get rid of Extrawasser in PR. Hitze der Probe bei 110 ° C für 90 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Definieren Sie die Streifen-Strukturen mit 50 W Sauerstoff (O2) Plasma Ätzen (1St Etching) für 30 s bis 2 min und entfernen PR mit 50 mL Aceton.</li>
	<li>Wolfram Diselenide (WSe2) mit CVD auf die Zielposition, was zu einem bevorzugten Wachstum von WSe2 Schicht zwischen den bereits bestehenden MoS2 Streifen auf dem Saphir Substrat führt zu wachsen.<ol>
<li>Statt 0,6 g Wolfram trioxid (WO3) Pulver in einem quarzboot befindet sich an der Heizung Zone Mitte des Ofens. Setzen Sie das Saphire Substrat flussabwärts neben das quarzboot mit dem WO3 Pulver.</li>
		<li>Bereiten Sie Selen (Se) Pulver in einem separaten quarzboot auf den vorgelagerten Seite des Ofens. Behalten Sie die Temperatur bei 260 ° C während der Reaktion.</li>
		<li>Verwenden Sie Ar/H2 (Ar = 90 Sccm, H2 = 6 Sccm, 20 Torr) gas-Durchfluss, Se und WO3 Dämpfe zum Saphir Substrat zu bringen, während das Zentrum Heizzone bis 925 ° C.</li>
		<li>Halten Sie die Heizzone nach Erreichen der gewünschten Wachstum Temperatur von 925 ° C für 15 min und dann natürlich der Ofen auf Raumtemperatur abkühlen.</li>
	</ol></li>
	<li>Die Metall-Pad-Arrays und Ausrichtungsmarken zu fabrizieren.<ol>
<li>Auf der Folie die Muster der Metal Pad Arrays und Ausrichtung der Photolithographie Musterung Technik verwenden.</li>
		<li>Anzahlung 20 nm/60 nm Ti/Au mit Elektronenkanone Verdampfer. Hinweis: Gold wird verwendet, um die Oxidation der Metall-Pads zu vermeiden.</li>
		<li>Bereiten Sie und Tauchen Sie die Probe auf 100 mL Aceton auflösen PR und Lift-Off durchzuführen. Schütteln Sie und sprengen Sie das Aceton bei der Überwachung des gesamten Prozesses über optische Mikroskopie bis die Metall Pads sichtbar.</li>
	</ol></li>
	<li>Führen Sie einen anderen EBL-Prozess um eine Multifunktionsleiste Form auf die MoS2- WSe2 Heterojunction Musterüberlagerung.<ol>
<li>Messen Sie die Koordinate Verschiebung zwischen den Zielregionen in MoS2- WSe2 Heterojunction und der optischen Mikroskopie mit Ausrichtungsmarken und das Menüband-Form-Layout basierend auf diese Messungen mit Hilfe einer Software (AutoCAD).</li>
		<li>Spin-Mantel PR, z. B. PMMA oder P015, auf Probe bei 2000 u/min für 60 s (Raumtemperatur). Sicherstellen Sie, dass die PR die gesamte Probe nach Spin Beschichtung bedeckt hat.</li>
		<li>Erhitzen die Probe (weiche Backen) bei 100 ° C für 90 s um verdunsten der Lösungsmittel in der PR und verbessern die Haftung.</li>
		<li>Die Muster-Layout im Schritt 1.7.1 in einer bestimmten Datei umwandeln (Beispiel: GDS-Datei), und laden Sie sie in der EBL-Software.</li>
		<li>Die ideale Dosis des Elektronenstrahls basierend auf der Breite der Linien im Layout zu bestimmen. Hinweis: Für die Linienbreite schmaler als 1 µm ist die ideale Dosis des Elektronenstrahls 110 µC/cm2; für 1 bis 5 µm Breite ist die Dosis 100 µC/cm2; und für die Breite größer als 5 µm, die Dosis beträgt 80 µC/cm2.</li>
		<li>Die EBL-Maschine so eingestellt, dass die Position der Ausrichtungsmarken im Saphir Substrat seine Entsprechung im Layout entspricht.</li>
		<li>Verfügbarmachen der Probe Elektronenstrahl zu starten.</li>
		<li>Gelten Sie PEB auf der Probe nach der Belichtung um die stehende Welle Auswirkungen zu reduzieren. Erhitzen die Probe bei 120 ° C für 90 s.</li>
		<li>Verwenden Sie TMAH 2,38 % als Entwickler. Eintauchen die Probe TMAH für 80 S. Auswaschen der TMAH mit 200 mL entionisiertem Wasser für 10 s.</li>
		<li>Prüfen Sie, ob das Muster auch durch optische Mikroskopie entwickelt wird.</li>
		<li>Durchführung von harten Backen get rid of Extrawasser in PR. Hitze der Probe bei 110 ° C für 90 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Verwenden Sie O2 Plasma Ätzen (2Nd Etching), um eine Band geformten seitlichen Heterojunction definieren, und entfernen Sie PR durch Aceton.</li>
	<li>Führen Sie den EBL-Prozess, um von der Ti/Au Metallelektroden Musterüberlagerung.<ol>
<li>Messen Sie die Koordinate Verschiebung zwischen den Zielregionen in MoS2- WSe2 Heterojunction und der optischen Mikroskopie mit Ausrichtungsmarken und das Metall-Elektrode Layout basierend auf diese Messungen mit Hilfe einer Software (AutoCAD).</li>
		<li>Spin-Mantel PR, z. B. PMMA oder P015, auf Probe bei 2000 u/min für 60 s (Raumtemperatur). Sicherstellen Sie, dass die PR die gesamte Probe nach Spin Beschichtung bedeckt hat.</li>
		<li>Erhitzen die Probe (weiche Backen) bei 100 ° C für 90 s um verdunsten der Lösungsmittel in der PR und verbessern die Haftung.</li>
		<li>Die Muster-Layout im Schritt 1.9.1 in einer bestimmten Datei umwandeln (Beispiel: GDS-Datei), und laden Sie sie in der EBL-Software.</li>
		<li>Die ideale Dosis des Elektronenstrahls basierend auf der Breite der Metall-Leitungen im Layout zu bestimmen. Hinweis: Für Metall Linienbreite schmaler als 1 µm ist die ideale Dosis des Elektronenstrahls 110 µC/cm2; für 1 bis 5 µm Breite ist die Dosis 100 µC/cm2; und für die Breite größer als 5 µm, die Dosis beträgt 80 µC/cm2.</li>
		<li>Die EBL-Maschine so eingestellt, dass die Positionen der Ausrichtungsmarken im Saphir Substrat passt seine Entsprechung im Layout.</li>
		<li>Verfügbarmachen der Probe Elektronenstrahl zu starten.</li>
		<li>Gelten Sie PEB auf der Probe nach der Belichtung um die stehende Welle Auswirkungen zu reduzieren. Erhitzen die Probe bei 120 ° C für 90 s.</li>
		<li>Verwenden Sie TMAH 2,38 % als Entwickler. Eintauchen die Probe TMAH für 80 S. Auswaschen der TMAH mit 200 mL entionisiertem Wasser für 10 s.</li>
		<li>Prüfen Sie, ob das Muster auch durch optische Mikroskopie entwickelt wird.</li>
		<li>Durchführung von harten Backen get rid of Extrawasser in PR. Hitze der Probe bei 110 ° C für 90 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Ti/Au Metallabscheidung und Lift-Off durchführen<ol>
<li>Einzahlen Ti/Au Metall mit Elektronenkanone Verdampfer mit der Dicke von weniger als 100 nm, andernfalls wird es schwierig, die PR und das unerwünschte Metall durch Lift-Off zu entfernen sein.</li>
		<li>Bereiten Sie und Tauchen Sie die Probe auf 100 mL Aceton auflösen PR und Lift-Off durchzuführen. Schütteln Sie und sprengen Sie das Aceton bei der Überwachung des gesamten Prozesses über optische Mikroskopie bis gibt es nur Metall-Leitungen und Pads Links.</li>
	</ol></li>
	<li>Durchführen Sie die EBL-Prozess im Schritt 1,9 aber überlagern Sie die Pd/Au-Metall-Elektrode Muster statt Ti/Au.</li>
	<li>Die Metall-Ablagerungen und Lift-Off-Prozess im Schritt 1.10 durchführen, aber Pd/Au statt Ti/Au zu hinterlegen.</li>
</ol>2. 2D zurück-gated Transistoren Fertigungsprozess
<ol><li>Rücken-gated Si/SiO2 Substrate mit Ausrichtungsmarken vorzubereiten.<ol>
<li>Bereiten Sie selbstgemacht oder kommerzielle SiO2/Si Substrat.</li>
		<li>Verwenden Sie Photolithographie oder EBL Musterung Techniken um die Ausrichtung der Marke zu definieren.</li>
		<li>Durchführen Sie reaktive Ionen Ätzen (RIE) auf dem SiO2/Si Substrat, bis die Gesamttiefe des Zielbereichs 1000 nm erreicht, und entfernen Sie die PR O2 Plasma, die gebildeten Ausrichtungsmarken zu offenbaren.</li>
		<li>Die Muster der Metal Pad Arrays mit Photolithographie Musterung Technik zu überlagern.</li>
		<li>Anzahlung 20 nm/60 nm Ti/Au mit Elektronenkanone Verdampfer. Hinweis: Gold wird zur Oxidation der Metall-Pads zu vermeiden.</li>
		<li>Bereiten Sie und Tauchen Sie die Probe auf 100 mL Aceton auflösen PR und Lift-Off durchzuführen. Schütteln Sie und sprengen Sie das Aceton bei der Überwachung des gesamten Prozesses durch optische Mikroskopie bis die Metall Pads sichtbar.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Führen Sie CVD MoS2 auf Saphir Substrat in einem warm-Wand-Ofen.<ol>
<li>Statt 0,6 g MoO3 Pulver in einem quarzboot befindet sich an der Heizung Zone Mitte des Ofens. Setzen Sie das Saphire Substrat flussabwärts neben das quarzboot mit dem MoO3 Pulver.</li>
		<li>Bereiten Sie S Pulver in einem separaten quarzboot auf den vorgelagerten Seite des Ofens. Halten Sie die Temperatur auf 190 ° C während der Reaktion.</li>
		<li>Verwenden von Argon (Ar = 70 Sccm, 40 Torr) gas-Durchfluss, S und MoO3 Dämpfe zum Saphir Substrat zu bringen, während das Zentrum Heizzone bis 750 ° C.</li>
		<li>Halten Sie die Heizzone nach Erreichen der gewünschten Wachstum Temperatur von 750 ° C für 15 min und dann natürlich der Ofen auf Raumtemperatur abkühlen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>MoS2 aus der Saphir auf dem Rücken-gated SiO2/Si Untergrund zu übertragen.<ol>
<li>Spin-Mantel PMMA mit die Schleuderdrehzahl von 3500 u/min für 30 s auf der MoS2 Film.</li>
		<li>Backen Sie die MoS2/sapphire Probe bei 120 ° C für 3 min um die PMMA-Beschichtung zu stärken.</li>
		<li>Tauchen Sie die MoS2/Sapphire Probe in 50 mL Ammoniaklösung (14,5 %) für ca. 30 min bis 2 h MoS2 Film vom Saphir Substrat zu trennen.</li>
		<li>Der Film holen und überträgt es auf das SiO2/Si Substrat.</li>
		<li>Backen Sie die MoS2/SiO2/Si Probe um die Adhäsion zwischen den MoS2 und SiO2 Schichten zu erhöhen. Erhitzen der Probe bei 120 ° C für ca. 30 min bis 1 h.</li>
		<li>Entfernen Sie die PMMA durch Waschen mit 30 mL Aceton für etwa 30 min bis 2 h.</li>
		<li>Spülen Sie die Probe mit Isopropyl-Alkohol und verwenden Sie Stickstoff, es trocken zu Blasen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Durchführen Sie EBL. Hinweis: Es gibt keine dünnen Au bei EBL auf SiO2/Si Substrat abgeschieden, da Si irgendwie leitend ist.<ol>
<li>Die Koordinate Verschiebung zwischen den Zielregionen zu messen und die Ausrichtung markiert mit optischen Mikroskopie und anhand dieser Messungen, gestalten Sie das Muster-Layout von Metall-Elektroden mit einem Design-Software. Hinweis: Metall-Elektroden anschließen der Zielpunkte in der MoS2 Probe auf die Metall-Pads im SiO2/Si Substrat.</li>
		<li>Spin-Mantel PR, z. B. PMMA oder P015, auf Probe bei 2000 u/min für 60 s (Raumtemperatur). Sicherstellen Sie, dass die PR die gesamte Probe zurückgelegt hat.</li>
		<li>Erhitzen die Probe (weiche Backen) bei 100 ° C für 90 s um verdunsten der Lösungsmittel in der PR und verbessern die Haftung.</li>
		<li>Die Muster-Layout im Schritt 2.4.1 in einer bestimmten Datei umwandeln (Beispiel: GDS-Datei), und laden Sie sie in der EBL-Software.</li>
		<li>Die ideale Dosis des Elektronenstrahls basierend auf der Breite der Metall-Leitungen im Layout zu bestimmen. Hinweis: Für Metall Linienbreite schmaler als 1 µm ist die ideale Dosis des Elektronenstrahls 110 µC/cm2; für 1 bis 5 µm Breite ist die Dosis 100 µC/cm2; und für die Breite größer als 5 µm, die Dosis beträgt 80 µC/cm2.</li>
		<li>Die EBL-Maschine so eingestellt, dass die Position der Ausrichtungsmarken in Si/SiO2 Substrat seine Entsprechung im Layout entspricht.</li>
		<li>Verfügbarmachen der Probe Elektronenstrahl zu starten.</li>
		<li>Legen Sie PEB auf die Probe nach der Exposition um die stehende Welle Auswirkungen zu verringern. Erhitzen die Probe bei 120 ° C für 90 s.</li>
		<li>Verwenden Sie TMAH 2,38 % als Entwickler. Eintauchen die Probe TMAH für 80 S. Auswaschen der TMAH mit 200 mL entionisiertem Wasser für 10 s.</li>
		<li>Prüfen Sie, ob das Muster auch durch optische Mikroskopie entwickelt wird.</li>
		<li>Durchführung von harten Backen get rid of Extrawasser in PR. Hitze der Probe bei 110 ° C für 90 s.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Führen Sie Au Metal Deposition und Lift-Off<ol>
<li>Einzahlen Au Metall mit Elektronenkanone Verdampfer mit der Dicke von weniger als 100 nm, andernfalls wird es schwierig, die PR und das unerwünschte Metall durch Lift-Off zu entfernen sein.</li>
		<li>Bereiten Sie und Tauchen Sie die Probe auf 100 mL Aceton auflösen PR und Lift-Off durchzuführen. Schütteln Sie und sprengen Sie das Aceton bei der Überwachung des Prozesses über optische Mikroskopie bis gibt es nur Metall-Leitungen und Pads Links.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

In diesem Artikel werden die Modalitäten der Herstellung neuartiger Elektronik basierend auf 2D Materialien im Nanometer-Maßstab demonstriert. Da die Probenaufbereitungsverfahren der jeweiligen Anwendung Unterschiede miteinander haben, wurden die überlappende Prozesse als Protokoll behandelt. Electron Beam Musterung kombiniert mit materiellen Standortbestimmung und Metallelektroden Definition dient somit als das Protokoll hier. Unter den zwei Arten der genannten Geräte der gesamte Prozess der 2D zurück-gated Transistoren...

Seit vergangenen Jahrzehnten erlebt Menschheit Rapid downscale in der Größe der Transistoren und folglich einer exponentiellen Zunahme der Anzahl der Transistoren in integrierten Schaltkreisen (ICs). Dadurch bleibt der kontinuierlichen Fortschritt der Silizium-basierten ergänzende Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) Technologie1. Der aktuelle Trend in der Größe und Leistung der gefertigten Geräte sind noch auf der Strecke mit Moores Gesetz, die besagt, dass die Anzahl der Transistoren auf Mikrochips sowie ihre Leistung verdoppelt sich etwa alle zwei Jahre2. CMOS-Transistoren sind vorhanden in den meisten, wenn nicht alle, die elektronische Geräte, die auf dem Markt und somit Bestandteil des menschlichen Lebens. Aus diesem Grund sind die ständige Forderungen nach Verbesserungen in Chipgröße und Leistung, die der Hersteller für das Mooresche Gesetz Spur verfolgen vorangetrieben haben.
Leider scheint das Moore'sche Gesetz kurz vor sein Ende durch die Menge von Hitze erzeugt, wie mehr Silizium-Schaltungen in einem kleinen Bereich2zusammengedrückt wird. Dies erfordert neue Arten von Materialien, die das gleiche bieten kann, wenn nicht besser, Leistung wie Silizium und zur gleichen Zeit in einem relativ kleinen Maßstab umgesetzt werden können. Vor kurzem wurden neue vielversprechende Materialien Themen von vielen Materialwissenschaften erforscht. Solche Materialien als eindimensionale (1D) Kohlenstoff-Nanoröhren3,4,5,6,7, 2D Graphen8,9,10, 11 , 12und Übergangsmetall (TMDs) Dichalcogenides13,14,15,16,17,18, sind gute Kandidaten, die als genutzt werden kann Ersatz für siliziumbasierte CMOS und weiter das Moore'sche Gesetz Track.
Herstellung von kleinen Geräten erfordert sorgfältige Standortbestimmung, erfolgreich um die anderen Fertigungsverfahren wie Lithografie und Metall-Elektrode-Definition zu gelangen das Material. Also, wurde in diesem Dokument vorgestellte Methode entwickelt, um diesem Bedarf zu begegnen. Im Vergleich zu den traditionellen Halbleiter Fertigung Techniken19, ist der Ansatz, die in diesem Dokument vorgestellte Schneider ausgestattet, um die Entwicklung von kleinen Geräten, die mehr Aufmerksamkeit in Bezug auf die Suche nach dem Ort des Materials. Das Ziel dieser Methode ist, 2D Nanomaterial Geräte wie 2D zurück-gated Transistoren und Q-HBTs mit standard Fabrikationsprozesse zuverlässig zu fabrizieren. Dies dient als Plattform für zukünftige Nanodevice Entwicklungen, wie sie den Weg für die Produktion der Zukunft fortschrittliche Nano-Maßstab Geräte ebnet.
Im Abschnitt Verfahren werden die Herstellungsprozesse für 2D Materialien-basierten Geräten nämlich die Q-HBT und 2D zurück-gated Transistor ausführlich diskutiert. Elektronen Strahl Musterung kombiniert mit materiellen Standortbestimmung und Metallelektroden Definition umfasst das Protokoll, da sie in beiden genannten Prozesse benötigt werden. Teil 1 behandelt die schrittweise Herstellung von Q-HBTs20; und Teil 2 zeigt einen universellen Ansatz um chemical Vapor Deposition (CVD) Molybdän-Disulfid (MoS2) Rücken-gated Transistoren aus Transfer Lift-Off21, die vollständig in diesem Artikel gezeigt hat. Der detaillierte Ablauf zeigt (Abbildung 1).

<table><tbody><tr><td>E-Gun Verdampfer</td><td>AST</td><td>PEVA 600I</td><td></td></tr><tr><td>Au Butzen, 99,99%</td><td>Wohlbefinden Enterprise Co</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Ti Butzen, 99,99%</td><td>Wohlbefinden Enterprise Co</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>E-Beam-Lithographie-System</td><td>Elionix</td><td>ELS7500-EX</td><td></td></tr><tr><td>Kaltwand-CVD-System</td><td>Schwefelwissenschaft</td><td>SCW600S</td><td></td></tr><tr><td>C-Ebene Saphir-Substrat</td><td>Summit-Tech</td><td>X171999</td><td>(0001) &plusmn; 0,2 &Grad; einseitig poliert</td></tr><tr><td>100 nm SiO2/Si</td><td></td><td></td><td>Hergestellt in NDL</td></tr><tr><td>Ammoniaklösung</td><td>BASF</td><td>Ammoniaklösung 28% Selectipur</td><td></td></tr><tr><td>Molybdän (Mo), 99,95</td>%<td>Summit-Tech</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Wolfram (W), 99,95%</td><td>Summit-Tech</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Schwefel (S), 99,5%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>13803</td><td></td></tr><tr><td>Polymethylmethacrylat (PMMA)</td><td>Mikrochemie</td><td>8110788</td><td>Verwendung für den Transferprozess</td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>Laurell</td><td>WS 400B 6NPP LITE</td><td></td></tr><tr><td>Aceton</td><td>BASF</td><td>Aceton EL Selectipur</td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol (IPA)</td><td>BASF</td><td>2-Propanol USV</td><td></td></tr><tr><td>Fotolack für EBL</td><td>TOK</td><td>TDUR-P-015</td><td></td></tr><tr><td>Plasmareiniger</td><td>Harrick Plasma</td><td>PDC-32G</td><td>Sauerstoff Plasma</td></tr></tbody></table>

eine standard und zuverlässige methode, zweidimensionale nanoelektronik zu fabrizieren

A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Zweidimensionale (2D) Materialien haben aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten großes Aufsehen. Da Wafer Scale Synthese von 2D Material noch im Entstehen begriffenen Stadium ist, können nicht Wissenschaftler auf traditionellen Halbleiter-Techniken für damit verbundene Forschung voll und ganz verlassen. Zarte Prozesse finden die Materialien zur Elektrode Definition gut kontrolliert werden müssen. In diesem Artikel erforderliche ein universal Fertigung-Protokoll in der Herstellung von Nano-Elektronik, wie 2D quasi Heterojunction bipolar Transistoren (Q-HBT) und 2D zurück-gated Transistoren unter Beweis gestellt werden. Dieses Protokoll enthält die Bestimmung der materiellen Lage, Elektronenstrahllithographie (EBL), Metall-Elektrode Definition, Et Al. Eine Schritt-für-Schritt-Erzählung der Herstellung Verfahren für diese Geräte werden ebenfalls vorgestellt. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass die gefertigten Geräte hohen Leistung mit hoher Wiederholgenauigkeit erreicht hat. Diese Arbeit zeigt eine umfassende Beschreibung des Prozessablaufs für die Zubereitung von 2D Nano-Elektronik, ermöglicht die Forschungsgruppen auf diese Informationen zuzugreifen, und ebnen den Weg für die zukünftige Elektronik.

Das Gerät Fertigungsprozesse wurden zu mehreren des entsprechenden Autors Forschungen mit der Entwicklung von 2D Material Geräten angewendet. In diesem Teil werden die Ergebnisse einiger dieser Forschungen vorgestellt, um die Effektivität des oben genannten Protokolls zu demonstrieren. Eine Monolage seitliche WSe2-MoS2 Q-HBT20 wird als das erste Beispiel ausgewählt. Mit dem Grundgerät Fertigungsprozesse detailliert in das Protokoll, der Monola...

Der Artikel soll ein standard und zuverlässige Fertigung Verfahren für die Entwicklung der zukünftigen niedrig dimensionalen Nanoelektronik einzuführen.

Eine Standard und zuverlässige Methode, zweidimensionale Nanoelektronik zu fabrizieren

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D ...

Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen im Bereich der Herstellung von 2D-Materialgeräten zu beantworten, die sich auf Techniken zur präzisen Lokalisierung von 2D-Materialproben in der Vorbereitung für spätere Fertigungsschritte beziehen. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie auf die Entwicklung kleiner Geräte zugeschnitten ist, bei denen es schwieriger ist, den Standort von Materialien zu finden. Das Verfahren wird von Po-Chun Chen und Kristan, Forschungsassistenten und Doktoranden aus meinem Labor, vorgeführt.Für den Herstellungsprozess werden zwei vorbereitete Substrate benötigt. Die erste besteht aus siliziumdioxid auf silizium mit titan- und goldmetallischen Pad-Arrays. Das zweite Substrat ist Saphir mit einer abgeschiedenen Schicht aus Molybdändisulfid.Bringen Sie das Saphirsubstrat mit dem Molybdändisulfid in einen Schleuderbeschichter. Schleudern Sie PMMA, um die Oberseite des Molybdändisulfids bei 3.500 U/min für 30 Sekunden zu bedecken. Schieben Sie die Probe dann auf eine heiße Platte und backen Sie sie drei Minuten lang bei 120 Grad Celsius, um die PMMA-Beschichtung zu verstärken.Bereiten Sie anschließend 50 Milliliter Ammoniaklösung vor. Tauchen Sie die Probe ein, um das Molybdändisulfid vom Substrat zu trennen. Sobald sich der Film gelöst hat, entfernen Sie ihn aus der Ammoniaklösung.Übertragen Sie den Molybdändisulfidfilm auf das Siliziumdioxid auf dem Siliziumsubstrat. Um die Haftung zu verbessern, backen Sie die Probe mindestens 30 Minuten lang bei 120 Grad Celsius. Nehmen Sie die Probe und legen Sie sie in 30 Milliliter Aceton.Nach ca. 30 Minuten wird das PMMA entfernt, was durch eine Farbänderung angezeigt wird. Bevor Sie fortfahren, spülen Sie die Probe in Isopropylalkohol ab und föhnen Sie sie mit Stickstoff trocken. Bereiten Sie sich nun auf die Elektronenstrahllithographie vor.Verwenden Sie ein optisches Mikroskop, um die Verschiebung zwischen den Zielpositionen und den Ausrichtungsmarkierungen auf der Probe zu messen. Entwerfen Sie auf der Grundlage dieser Messungen das Layout des Metallelektrodenmusters mithilfe von Software. Schleudern Sie Photo Resist auf die Probe und stellen Sie sicher, dass es die gesamte Probe bedeckt.Fahren Sie fort, die Probe 90 Sekunden lang bei 100 Grad Celsius weich zu backen, um die Haftung zu verbessern. Laden Sie an der Elektronenstrahl-Lithographie-Maschine das Design hoch und positionieren Sie die Probe. Die Ausrichtungsmarkierungen im Silizium-Siliziumdioxid-Substrat sollten mit den entsprechenden Markierungen im Design übereinstimmen.Setzen Sie die Probe dem Elektronenstrahl aus. Wenn Sie fertig sind, geben Sie die Probe auf eine Heizplatte. Erhitzen Sie die Probe nach der Belichtung 90 Sekunden lang auf 120 Grad Celsius.Halten Sie als Nächstes einen Behälter mit TMAH als Entwickler bereit und tauchen Sie die Probe 80 Sekunden lang ein. Waschen Sie die Probe dann 10 Sekunden lang in 200 Millilitern entionisiertem Wasser. Untersuchen Sie die Probe mit einem optischen Mikroskop, um festzustellen, ob das Muster gut entwickelt ist.Wenn es gut entwickelt ist, die Probe bei 110 Grad Celsius 90 Sekunden lang hart backen. Der nächste Schritt besteht darin, mit einem Elektronenkanonenverdampfer 100 Nanometer Gold auf der Probe abzuscheiden. Entfernen Sie nach der Ablagerung den Fotolack.Um den Photo Resist aufzulösen, bereiten Sie 100 Milliliter Aceton vor. Tauchen Sie die Probe in das Aceton, um das Abheben durchzuführen. Überwachen Sie den Prozess mit einem optischen Mikroskop und stoppen Sie, wenn nur noch Metalllinien und Pads übrig sind.Wählen Sie während der Charakterisierung eine Quelle und eine Drainelektrode aus den im Gerät befindlichen Elektroden aus und verwenden Sie dann ein anatomisches Kraftmikroskop, um eine Last auf die Probe aufzubringen. Hier zeigt Xs an, wo Lasten aufgebracht wurden. Durch die Belastung des Rasterkraftmikroskops kommt es zu einer Druckdehnung des Geräts.Hier sind die Stromspannungseigenschaften der Molybdändisulfid-Baurichtung bei verschiedenen aufgebrachten Kräften, die eine Druckdehnung erzeugen. Bei einer gegebenen Spannung nimmt der Strom des Geräts mit zunehmender Kraft ab und umgekehrt, was auf eine Änderung des Widerstands des Geräts hinweist, ein Verhalten, das für einen Piezosensor erwartet wird. Diese Daten beziehen sich auf das aktuelle Verhalten des Molybdändisulfid-Bauelements bei wiederholten Druckdehnungen bei einer festen Vorspannung von einem Volt.Der Ausgangsstrom ändert sich bei wiederholter Anwendung von 10 Nanonewton aufgewendeter Kraft kaum, was darauf hindeutet, dass der Sensor stabil ist. Einmal gemeistert und richtig ausgeführt, kann diese Technik in 20 Stunden am Stück durchgeführt werden, einschließlich der Herstellung aller Transistoren. Nach ihrer Entwicklung kann diese Technik als Plattform für zukünftige Entwicklungen von Nanogeräten dienen, da sie den Weg für die Herstellung zukünftiger fortschrittlicher nanoskaliger Bauelemente ebnet.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie 2D-Backgated-Transistoren mit Standardfertigungsverfahren, einschließlich Elektronenstrahllithografie und Metallgalvanisierung, zuverlässig herstellen können. Obwohl diese Methode auf die Entwicklung von 2D-Nanomaterialien zugeschnitten ist, kann sie auch auf 1D-Materialien angewendet werden. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit TMAH, Ammoniaklösung, PMMA und anderen Fotowiderständen äußerst gefährlich sein kann und dass bei diesem Verfahren immer persönliche Schutzausrüstung getragen werden sollte.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Wir stellen Methoden zur Herstellung von gemusterten Mikrostrukturen von vertikal ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs), und ihre Verwendung als Master-Formen für die Herstellung von Polymer-Mikrostrukturen mit organisierten nanoskalige Oberflächenstruktur. Die CNT-Wälder werden durch Kondensation von Lösungsmittel auf das Substrat, ein deutliches Plus an Packungsdichte und ermöglicht selbst gesteuertes Bildung von 3D-Formen verdichtet.

Fabrication, Verdichtung, und Replica Molding von 3D-Carbon Nanotube Mikrostrukturen

Femtosekunden-Laser-Direkt-Schreiben wird häufig verwendet, um dreidimensionale (3D) Strukturen in Polymeren und Gläsern zu schaffen. Allerdings bleibt Strukturierung Metallen in 3D eine Herausforderung. Wir beschreiben ein Verfahren zum Herstellen Silber Nanostrukturen in einer Polymermatrix durch einen Femtosekunden-Laser bei 800 nm zentriert eingebettet.

Ein Verfahren zur Getrennt Silber Nanostrukturen in 3D Fabricate

Wir beschreiben eine nanomoulding Technik, die Low-Cost-nanoskalige Strukturierung funktionaler Materialien, Materialien Stacks und voller Geräten ermöglicht. Nanomoulding kann auf jedem Nanoimprinting Setup durchgeführt werden und kann auf eine Vielzahl von Materialien und Abscheidungsverfahren aufgebracht werden.

Nanomoulding von Functional Materials, ein vielseitiges Complementary Pattern Replication Methode zur Nanoimprinting

Die Herstellung von elektrisch adressierbaren, high-aspect-ratio (&gt; 1000:1) Metallnanodrähte durch Lücken einzelner Nanometer entweder mit Opferschichten aus Aluminium und Silber oder selbstorganisierten Monoschichten als Vorlagen getrennt beschrieben. Diese Nanogap Strukturen werden ohne Reinraum oder ein beliebiges Foto-oder Elektronenstrahl-Lithographie-Prozesse durch eine Form der Kante als Lithographie bekannt Nanoskiving hergestellt.

Fabricating Nanogaps durch Nanoskiving

Wir beschreiben die Herstellung von Vorrichtungen und Messprotokoll für Kohlenstoff-Nanoröhrchen basierenden Hochfrequenz Biosensoren. Die Hochfrequenz-Sensortechnik mildert die grundlegenden ionische (Debye) Screening-Effekt und ermöglicht Nanoröhrchen Biosensor in hoher Ionenstärke Lösungen, bei denen herkömmliche elektronische Biosensoren nicht betrieben werden. Unsere Technologie bietet eine einzigartige Plattform für die Point-of-Care (POC) elektronischen Biosensoren, die in physiologisch...

Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen Hochfrequenztechnik Nanoelectronic Biosensor für Sensing in hoher Ionenstärke Lösungen

Dieser Beitrag stellt eine detaillierte Fertigung Protokoll für Gate-Halbleiter definierten seitlichen Quantenpunkte auf Galliumarsenid Heterostrukturen. Diese nanoskaligen Geräte werden verwendet, um einige Elektronen für die Verwendung als Quantenbits in Quanten-Informationsverarbeitung oder für andere mesoskopischen Experimente wie kohärente Leitwertmessungen abzufangen.

Nanofabrication von Tor-definiert GaAs / AlGaAs Lateral Quantum Dots

Wir berichten über eine einfache Methode zur Herstellung einer Ultrahochvakuum Dichte Anordnung von vertikal bestellt kleinen molekularen organischen Nanodrähte. Diese Methode ermöglicht eine Synthese von komplexen heterostructured Hybrid Nanodraht Geometrien, die kostengünstig auf beliebigen Substraten gezüchtet werden können. Diese Strukturen haben potentielle Anwendungen in der organischen Elektronik, Optoelektronik, chemischen Sensorik, Photovoltaik und Spintronik.

Ultrahigh Density Array von vertikal ausgerichteten Klein-molekulare organische Nanodrähte auf beliebige Untergründe

Der Herstellungsprozess und experimentelle Charakterisierungstechniken, die für Einzelelektronenpumpen auf Basis von Silizium-Metalloxid-Halbleiter-Quantenpunkten relevant sind, werden diskutiert.

Silicium-Metall-Oxid-Halbleiter-Quantenpunkte für Einzelelektronen Pumping

Wir berichten über ein Protokoll zur Kombination der atomaren Messtechnik des Rastertunnelmikroskops für die Oberflächenstrukturierung mit der selektiven Atomlagenabscheidung und dem reaktiven Ionenätzen. In einem robusten Prozess, der zahlreiche atmosphärische Expositionen und Transporte umfasst, werden 3D-Nanostrukturen mit atomarer Messtechnik hergestellt.

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In diesem Papier, Fluss assistierten Dielektrophorese sich für zeigt die Selbstmontage von Nanodraht-Geräten. Die Herstellung einer Silikon Nanowire Feldeffekt-Transistors ist exemplarisch dargestellt.

Flow-gestützte Dielektrophorese: Eine kostengünstige Methode für die Herstellung von Hochleistungs-Lösung-verarbeitbare Nanodraht-Geräte

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um die Anzahl der Träger in Festkörpern mit Elektrolyten steuern.

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Erfahren Sie eine zuverlässige Methode zur Herstellung von Nanoelektronik mit zweidimensionalen Materialien wie Molybdändisulfid. Diese Technik ermöglicht präzise Lokalisierung für die Entwicklung kleiner Bauelemente.

Eine Standard und zuverlässige Methode, zweidimensionale Nanoelektronik zu fabrizieren

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