Avanzados métodos experimentales para baja temperatura magnetotransporte Medición de Nuevos Materiales

Resumen

Describimos la metodología de exfoliación mecánica y deposición de escamas de materiales novedosos con dimensiones de tamaño micrométrico sobre sustrato, la fabricación de estructuras de dispositivos experimentales para la experimentación de transporte, y la medición de magnetotransporte en un criostato de helio seco de ciclo cerrado a temperaturas de hasta 0.300 K y campos magnéticos de hasta 12 T.

Resumen

Los nuevos materiales electrónicos a menudo se producen por primera vez mediante procesos de síntesis que producen cristales a granel (en contraste con la síntesis de película delgada de un solo cristal) con el propósito de investigación exploratoria de materiales. Ciertos materiales plantean un desafío en el que el método tradicional de fabricación de dispositivos de barra Hall a granel es insuficiente para producir un dispositivo medible para la medición del transporte de muestras, principalmente porque el tamaño de un solo cristal es demasiado pequeño para conectar cables a la muestra en una configuración de barra Hall. Esto puede deberse, por ejemplo, a que el primer lote de un nuevo material sintetizado produce cristales individuales muy pequeños o porque se desean escamas de muestras de una a muy pocas monocapas. Con el fin de permitir una caracterización rápida de los materiales que puede llevarse a cabo en paralelo con las mejoras en su metodología de crecimiento, se ha ideado un método de fabricación de dispositivos para muestras muy pequeñas que permite la caracterización de nuevos materiales tan pronto como se haya producido un lote preliminar. Una ligera variación de esta metodología es aplicable a la producción de dispositivos que utilizan muestras exfoliadas de materiales bidimensionales como grafeno, nitruro de boro hexagonal (hBN) y dicalcogenuros de metales de transición (TMD), así como heteroestructuras multicapa de dichos materiales. Aquí presentamos protocolos detallados para la fabricación de dispositivos experimentales de fragmentos y escamas de materiales novedosos con dimensiones de tamaño micrométrico en sustrato y su posterior medición en un imán superconductor comercial, un sistema de magnetotransporte de criostato de helio seco de ciclo cerrado a temperaturas de hasta 0,300 K y campos magnéticos de hasta 12 T.

Introducción

La búsqueda de materiales de plataformas de tecnología electrónica avanzada exige métodos para la síntesis de materiales de alto rendimiento y la posterior caracterización. Nuevos materiales de interés en esta búsqueda se pueden producir a granel por síntesis directa de reacción ^{1,2, 3,4} electroquímica crecimiento, y otros métodos ⁵ de una manera más rápida que las técnicas más complicadas de cristal único delgadas de deposición de película tales como epitaxia de haz molecular o deposición de vapor químico. El método convencional para medir las propiedades de transporte de muestras de cristal a granel es para escindir un fragmento en ....

Protocolo

1. Preparación del Sustrato

1. Obtener de silicio de 4 pulgadas (Si) de la oblea compuesta por fuertemente dopado p-dopado con Si cubierto por aproximadamente 300 nm de SiO _2. Esta estructura permitirá que el sustrato sustrato para servir como una puerta trasera.
2. El uso de software de redacción / diseño, el diseño de un cm × 1 cm patrón 1 con características uniformemente espaciados, tales como cruces enumerados, en la dirección X e Y para usar como localizadores de posición sobre el sustrato para los copos de muestra transferida y marcas de alineación para litografía por haz de electrones ( Figura 1).
   1. Abra un nu....

Resultados

La figura 3 muestra un dispositivo de bar Salón típica modelada con el propósito de un experimento bajo magnetoresistencia temperatura. La imagen óptica en la figura superior muestra una barra de grafeno / hBN Salón éxito fabricado; la imagen inferior muestra el esquema dispositivo con los estados de borde Landauer-Büttiker que surgen de los niveles de Landau (LLS), un mecanismo de transporte que se puede utilizar para calcular los valores de las resistencias Pasillo cua.......

Discusión

Después de la adquisición de las muestras a granel de alta calidad, caracterizados para asegurar la composición y la estructura adecuada, las muestras se modelan en la geometría representado mediante la exfoliación copos de muestra sobre 1 cm x 1 cm piezas de sustrato. Sustratos compuestas en gran medida de p-dopado con Si cubiertos por aproximadamente 300 nm de SiO ₂ se prefieren a medida que aumentan el espacio experimental parámetro al permitir la aplicación de una puerta trasera. Las muestras deben ser su.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Criogénico Limitado 12 T CFMS	Cryogen Limited	CFM-12T-H3- IVTI-25	Sistema de magnetotransporte personalizado con imán de campo modulado (paso 4)
7270 DSP Amplificador de bloqueo Recuperación de	señal	7270	Amplificador de bloqueo para mediciones de fuente/drenaje y voltaje (paso 4)
GS200 Fuente de voltaje/corriente de CC	Yokogawa	GS200	Fuente de voltaje para aplicaciones de voltaje de puerta (paso 4)
2636B Sistema Sourcemeter	Keithley	2636B	Sourcemeter para mediciones de fuente/drenaje y voltaje
DWL 2000 Generador de patrones láser	Heidelberg Instruments	DWL 2000	Generar máscara de cromo para la litografía del patrón de características de ubicación/alineación del sustrato (paso 1.3)
Suss MicroTec MA6/BA6 Alineador de contacto	Suss	MA6	Se utiliza para la litografía del patrón de características de ubicación/alineación del sustrato (paso 1.4.12)
Sistema de litografía por haz de electrones de escritura directa JEOL	JEOL	JBX 6300-FS	Realizar litografía de alta resolución de dispositivos
Sistema de pulverización catódica Discovery 550	Denton Vacuum	Discovery 550	Realice la pulverización catódica de SiO2 (paso 2.5)
Infinity 22 Evaporador de haz de electrones	Denton Vacuum	Infinty 22	Realice la deposición de Cr/Au (pasos 1.5 y 3.7)
Unaxis 790 Grabador de iones reactivos	Unaxis Unaxis	790	Muestra de grabado en la estructura de la barra Hall (paso 3.4)
PMMA 495 A4	MicroChem	PMMA 495 A4	Recubrimiento de polímero/máscara de haz de electrones para litografía (paso 3.5.1)
PMMA 950 A4	MicroChem	PMMA 950 A4	Recubrimiento de polímero/máscara de haz de electrones para corte de muestras y litografía (pasos 1.7.3, 3.3.1 y 3.5.2)
S1813 fotorresistencia positiva	MicroChem	S1813 G2	fotorresistencia positiva (paso 1.4.8)
Resistencia LOR	MicroChem	LOR 3A	Resistencia de despegue (paso 1.4.3)
1:3 MIBK:IPA PMMA revelador	MicroChem	1:3 MIBK:IPA	PMMA
MF-321 MicroChem	MF-321	Solución de revelador compatible con fotorresistencia positiva de Novolac (paso 1.4.15)
Polidimetilsiloxano terminado en éter diglicidilo	Sigma Aldrich	SA 480282	Para el apilamiento de material en capas (paso 2.6.1)
Carbonato de polipropileno	Sigma Aldrich	SA 389021	Para el apilamiento de material en capas (paso 2.6.2)

revelador