Artículo de método

Preparación de gran superficie 2D cristal Hetero-estructuras verticales por el Sulfurization de películas de Metal de la transición para la fabricación de dispositivos

DOI:

10.3791/56494

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28 de noviembre de 2017

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1Graduate Institute of Electronics Engineering, National Taiwan University, 2Research Center for Applied Sciences, Academia Sinica, 3Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

En este artículo

Resumen

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A través el sulfurization previamente depositados de metales de transición, se pueden fabricar cristal 2D área grande y vertical hetero-estructuras. Película de transferencia de los procedimientos de fabricación del dispositivo se demuestran también en este informe.

Resumen

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Nos han demostrado que a través del sulfurization de películas de metal de la transición como molibdeno (Mo) y el tungsteno (W), gran superficie uniforme de metal de la transición dichalcogenides (TMDs) MoS2 y WS2 pueden prepararse sobre sustratos de zafiro. Mediante el control de los espesores de película metálica, controlabilidad número de buena capa, a una sola capa de TMDs, puede obtenerse con esta técnica de crecimiento. Basado en los resultados obtenidos de la película Mo sulfurizada bajo la condición de deficiencia de azufre, hay dos mecanismos de crecimiento de2 MoS (a) plano y (b) segregación de óxido Mo observada durante el procedimiento del sulfurization. Cuando el sulfuro del fondo es suficiente, crecimiento planar de TTM es el mecanismo de crecimiento dominante, que dará como resultado una película uniforme de2 MoS después del procedimiento sulfurization. Si el azufre del fondo es deficiente, segregación de óxido Mo será el mecanismo dominante de crecimiento en la fase inicial del procedimiento sulfurization. En este caso, se obtendrá la muestra con Mo óxido racimos cubiertos con capas algunos MoS2 . Después se establecen secuencial Mo deposición/sulfurization y W deposición/sulfurization procedimientos, vertical WS2/MoS2 hetero-estructuras utilizando esta técnica de crecimiento. Picos Raman correspondiente a WS2 y MoS2, respectivamente y el número de capa idéntica de la hetero-estructura con la adición de materiales 2D individuales han confirmado el establecimiento acertado del cristal 2D vertical hetero-estructura. Después de transferir el WS2la película2 /MoS en un SiO2/Si sustrato con los electrodos de la fuente previo modelado/vaciado, se fabrica un transistor de puerta inferior. En comparación con el transistor con sólo MoS2 canales, las corrientes de drenaje superiores del dispositivo con el WS2/MoS2 hetero-estructura han expuesto con la introducción de estructuras 2D cristal hetero-dispositivo superior rendimiento se puede obtener. Los resultados han revelado el potencial de esta técnica de crecimiento para la aplicación práctica de cristales 2D.

Introducción

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Uno de los enfoques más comunes para obtener películas de cristal 2D utilizando exfoliación mecánica de bulto materiales1,2,3,4,5. Aunque películas de cristal 2D con alta calidad cristalina pueden obtenerse fácilmente utilizando este método, escalable de cristal 2D películas no están disponibles a través de este enfoque, que es para aplicaciones prácticas. En publicaciones anteriores se ha demostrado que mediante deposición de vapor químico (CVD), películas de cristal 2D área grande y uniforme pueden ser pr....

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Protocolo

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1. crecimiento Individual material 2D (MoS2 y WS2)

  1. Deposición de metal de la transición con un RF sistema de sputtering
    1. Un sustrato de2 zafiro limpio 2 x 2 cm se coloca en el portamuestras con la cara pulida hacia los objetivos del sistema de pulverización para la deposición de metal de la transición. Sustratos de zafiro son elegidos debido a la estabilidad química de zafiro en altas temperaturas y superficies planas atómica.
    2. Vaciado de la cámara de pulverización catódica a 3 x 10-6 torr secuencialmente utilizando una bomba mecánica seguida por una bomba de difusión.

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Resultados

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El espectro de Raman y las imágenes HRTEM transversales de cada MoS2 y WS2 fabricado usando el sulfurization previamente depositados de metales de transición se muestran en la Figura 1a-b17, respectivamente. Se observan dos picos Raman característicos para MoS2 y WS2, que corresponden a en el plano figure-results-1 y hacia fuer.......

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Discusión

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En comparación con los materiales semiconductores convencionales como Si y GaAs, la ventaja de materiales 2D para aplicaciones de dispositivos radica en la posibilidad de la fabricación del dispositivo con los cuerpos muy delgados hasta varias capas atómicas. Cuando la industria Si se avanza en la < 10 nodo de la tecnología de nanómetro, el alto cociente de aspecto de la aleta Si FET hará que la arquitectura del dispositivo adecuado para aplicaciones prácticas. Así, han surgido materiales 2D debido a su potencial para re.......

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Divulgaciones

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Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

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Este trabajo fue apoyado en parte por proyectos más 105-2221-E-001-011-MY3 y más 105-2622-8-002-001 financiado por el Ministerio de ciencia y tecnología, Taiwán y en parte por el enfoque proyecto financiado por el centro de investigación de Ciencias aplicadas, Academia Sinica, Taiwán.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Sistema de pulverización catódica de RFKao Duen TechnologyN/A
Horno para sulfuraciónCreación de nano tecnologíasN/A
Metacrilato de polimetilo (PMMA)Microcheminflamable
, > 85%Sigma-Aldrich30603
Acetona, 99.5%Echo Chemical CMOS110
Azufre (S), 99.5%Sigma-Aldrich13803
Molibdeno (Mo), 99.95%Summit-TechN/A
Tungsteno (W), 99.95%Summit-TechN/A
C-plane Sustrato de zafiroSummit-TechX171999(0001) ± 0.2 ° un lado pulido
300 nm Sustrato de SiO2/SiSummit-Tech2YCDDMSustrato de Si tipo P, resistividad: 1-10 Ω · cm.
Portamuestras (sistema de pulverización catódica)Kao Duen TechnologyN/AMaterial cerámico
Bomba mecánica (sistema de pulverización catódica)UlvacD-330DK
Bomba de difusión (sistema de pulverización catódica)UlvacULK-06A
Controlador de flujo másicoBrooks5850EEl flujo máximo de argón es de 400 mL/min
Rueda manual Válvula de asiento angularKing LaiN/ARango de vacío de 2500 ~1 × 10-8 Torr
Sistema de medición RamanHoribaJobin Yvon LabRAM HR800
Microscopía electrónica de transmisiónFeiTecnai G2 F20
Placa de PetriKwo YiN/A
PinzaVenus2A
Armario seco digitalJwo Ruey TechnicalDRY-60
Fuentemetro de sistema de doble canalKeithley2636B
8110788 KOH

Referencias

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  1. Moldt, T., et al. High-Yield Production and Transfer of Graphene Flakes Obtained by Anodic Bonding. ACS Nano. 5, 7700-7706 (2011).
  2. Choi, W., et al. High-Detectivity Multilayer MoS2 Phototransistors with Spectral Response from Ultraviolet to Infrared. Adv. Mater. 24, 5832-5836 (2012).
  3. Liu, H., Neal, A. T., Ye....

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Etiquetas

Heteroestructuras 2D verticalessulfuraci n de metales de transici ndicalcogenuros de metales de transici npel culas de MoS2 y WS2control del n mero de capascrecimiento en sustrato de zafiropulverizaci n cat dica de RFsulfuraci n en horno tubulartransferencia de pel culas delgadasfabricaci n de transistores de TMD

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