Article de méthode

Méthodes expérimentales avancées pour basse température magnétotransport mesure de nouveaux matériaux

DOI :

10.3791/53506

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21 janvier 2016

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1Engineering Physics Division, National Institute of Standards and Technology

Dans cet article

Résumé

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Nous décrivons la méthodologie d’exfoliation mécanique et de dépôt de flocons de nouveaux matériaux de dimensions microniques sur substrat, la fabrication de structures de dispositifs expérimentaux pour l’expérimentation de transport et la mesure du magnétotransport dans un cryostat sec à cycle fermé d’hélium à des températures allant jusqu’à 0,300 K et des champs magnétiques allant jusqu’à 12 T.

Résumé

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De nouveaux matériaux électroniques sont souvent produits pour la première fois par des processus de synthèse qui produisent des cristaux en vrac (contrairement à la synthèse en couches minces monocristallines) à des fins de recherche exploratoire sur les matériaux. Certains matériaux posent un défi dans lequel la méthode traditionnelle de fabrication de dispositifs à barres Hall en vrac est insuffisante pour produire un dispositif mesurable pour la mesure du transport d’échantillons, principalement parce que la taille du monocristal est trop petite pour attacher des fils conducteurs à l’échantillon dans une configuration à barres Hall. Cela peut être, par exemple, parce que le premier lot d’un nouveau matériau synthétisé produit de très petits monocristaux ou parce que des flocons d’échantillons d’une à très peu de monocouches sont souhaités. Afin de permettre une caractérisation rapide des matériaux qui peut être effectuée parallèlement à l’amélioration de leur méthodologie de croissance, une méthode de fabrication de dispositifs pour de très petits échantillons a été conçue pour permettre la caractérisation de nouveaux matériaux dès qu’un lot préliminaire a été produit. Une légère variation de cette méthodologie est applicable à la production de dispositifs utilisant des échantillons exfoliés de matériaux bidimensionnels tels que le graphène, le nitrure de bore hexagonal (hBN) et les dichalcogénures de métaux de transition (TMD), ainsi que des hétérostructures multicouches de ces matériaux. Nous présentons ici des protocoles détaillés pour la fabrication de fragments et de flocons de nouveaux matériaux de dimensions microniques sur substrat et la mesure ultérieure dans un aimant supraconducteur commercial, un cryostat d’hélium sec, un système de magnétotransport à des températures allant jusqu’à 0,300 K et des champs magnétiques allant jusqu’à 12 T.

Introduction

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La poursuite de plates-formes de matériaux pour la technologie de l'électronique de pointe exige des méthodes de synthèse des matériaux de haute débit et la caractérisation ultérieure. De nouveaux matériaux d'intérêt dans cette poursuite peuvent être produits en vrac par synthèse directe de réaction 1,2, 3,4 de croissance électrochimique, et d'autres procédés 5 d'une manière plus rapide que les techniques plus compliquées monocristallines minces de dépôt de film telles que l'épitaxie par faisceau moléculaire ou dépôt chimique en phase vapeur. La méthode classique pour mesurer les propriétés de transport des échanti....

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Protocole

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1. Préparation du substrat

  1. Obtenir 4 pouces silicium (Si), composé de tranche fortement dopée à dopage p Si couvert par environ 300 nm de SiO 2. Cette structure de support permet au substrat pour servir de grille arrière.
  2. Grâce à un logiciel de dessin / design, la conception d'un cm × 1 cm modèle 1 avec des fonctionnalités régulièrement espacés, tels que des croix énumérés, dans la direction x et y utiliser comme localisateurs de position sur le substrat pour flocons d'échantillons transférés et repères d'alignement pour la lithographie par faisceau d'électrons ( figure 1).
    1. Ouvrez un nouveau fi....

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Résultats

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La figure 3 représente un dispositif typique à effet Hall à barres à motif en vue d'une expérience de magnétotransport à basse température. L'image optique dans la figure du haut montre un bar graphène / hBN Salle-fabriqué avec succès; l'image du bas montre le schéma de l'appareil avec les Etats de pointe Landauer-Büttiker qui découlent des Landau niveaux (LLS), un mécanisme de transport qui peut être utilisé pour calculer les valeurs des résistances de Hall quantifiée, .......

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Discussion

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Après acquisition d'échantillons en vrac de haute qualité, caractérisé pour assurer la composition et la structure appropriée, des échantillons sont modelées dans la géométrie représentée en exfoliant flocons d'échantillon sur une cm x 1 cm morceaux de substrat. Substrats composés de fortement p-Si dopé couverts par environ 300 nm de SiO 2 sont préférés car ils augmentent l'espace de paramètre expérimental en permettant l'application d'une porte arrière. Les échantillons doivent être suffi.......

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs ne déclarent aucun intérêt financier concurrent. Les matériaux, instruments et équipements commerciaux sont identifiés dans le présent document afin de spécifier la procédure expérimentale de la manière la plus complète possible. En aucun cas, une telle identification n’implique une recommandation ou une approbation par le National Institute of Standards.

Remerciements

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Ce travail est soutenu par le National Institute of Standards and Technology du Département du Commerce des États-Unis.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Cryogenic Limited 12 T CFMSCryogen LimitedCFM-12T-H3- IVTI-25Système de magnétotransport personnalisé avec aimant à champ modulé (étape 4)
Amplificateur de verrouillage DSP 7270Récupération de signal Amplificateur7270pour les mesures de source/drain et de tension (étape 4)
GS200 Source de tension/courant DCYokogawaGS200Source de tension pour l’application de tension de grille (étape 4)
2636B Système SourcemètreKeithley2636BSourcemètre pour les mesures de source/drain et de tension
DWL 2000 Générateur de motifs laserHeidelberg InstrumentsDWL 2000Générer un masque chromé pour la lithographie du motif de fonction d’emplacement/d’alignement du substrat (étape 1.3)
Suss MicroTec MA6/BA6 Aligneur de contactsSussMA6Utilisé pour la lithographie du motif de fonction de localisation/alignement du substrat (étape 1.4.12)
Système de lithographie par faisceau d’électrons JEOLJEOL JBX 6300-FS  ;Effectuer une lithographie haute résolution d’appareils
Système de pulvérisation Discovery 550Denton VacuumDiscovery 550Effectuer une pulvérisation SiO2 (étape 2.5)
Évaporateur à faisceau d’électrons Infinity 22Denton VacuumInfinty 22Effectuer un dépôt Cr/Au (étapes 1.5 et 3.7)
Unaxis 790 Graveur d’ionsréactif Unaxis Unaxis790Graver l’échantillon dans la structure en barre Hall (étape 3.4)
PMMA 495 A4MicroChemPMMA 495 A4Revêtement polymère/masque de faisceau d’électrons pour la lithographie (étape 3.5.1)
PMMA 950 A4MicroChemPMMA 950 A4Revêtement polymère/masque de faisceau d’électrons pour le découpage d’échantillons et la lithographie (étapes 1.7.3, 3.3.1 et 3.5.2)
Résine photosensible positive S1813MicroChemS1813G2 Résine photosensible positive (étape 1.4.8)
Résistance LORMicroChemLOR 3ARésistance au soulèvement (étape 1.4.3)
1:3 MIBK :Développeur PMMA IPAMicroChemDéveloppeur PMMA 1:3 MIBK :IPA
Développeur MF-321 DéveloppeurMicroChemMF-321Solution de développement compatible avec la résine photosensible positive Novolac (étape 1.4.15)
Polydiméthylsiloxane à terminaison d’éther diglycidiyliqueSigma AldrichSA 480282Pour l’empilement de matériaux stratifiés (étape 2.6.1)
Carbonate de polypropylèneSigma AldrichSA 389021Pour l’empilage de matériaux stratifiés (étape 2.6.2)
de verrouillage

Références

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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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Mots-clés

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