Contact ohmique fabrication utilisant une technique Focused Ion Beam-et caractérisation électrique pour la couche semi-conducteurs Nanostructures
5 décembre 2015
Nous décrivons les approches pour la fabrication de dispositifs et la caractérisation électrique de nanostructures semi-conductrices de couches de diséléniure de molybdène (MoSe2) de différentes épaisseurs. De plus, la fabrication de contacts ohmiques pour les nanocristaux MoSeà 2 couches par la méthode de dépôt par faisceau d’ions focalisés utilisant du platine (Pt) comme métal de contact est décrite.
L’objectif global de cette procédure est d’utiliser la technique du faisceau d’ions focalisés afin d’observer la fabrication de contacts omiques sur les nanostructures individuelles des couches, des matériaux semi-conducteurs. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans les domaines de la nanotechnologie, telles que la façon d’établir un bon contact omique sur des nanomatériaux individuels sans traitement alne. Le principal avantage de cette technique est que l’approche Deion du métal par faisceau de fer fournit un concours électrique hautement reproductible sur des nanostructures semi-conductrices de couches individuelles.
L’ensemble du processus est également relativement simple par rapport à d’autres techniques telles que la discographie de trobin Après caractérisation structurelle des cristaux de la couche de molybdène di séléniure comme décrit dans le protocole de texte d’accompagnement. Début de la fabrication des dispositifs Nano Krystal à couche de molybdène di-séléniure. Tout d’abord, nettoyez une pince à épiler avec de l’acétone puis de l’alcool.
À l’aide de la pince à épiler, prélevez quatre à huit morceaux de cristaux de couche de molybdène di séléniure avec une surface brillante et une surface supérieure à 0,5 millimètre sur 0,5 millimètre. Placez chaque cristal sur un morceau de ruban adhésif d’une zone de 20 millimètres sur 60 millimètres. Pliez le ruban adhésif en deux pour exfolier la couche.
Cristal, répétez cette action environ 20 fois. Habituellement, les cristaux de couche peuvent être décapés en plusieurs cristaux de taille micrométrique. Obtenez trois substrats de silicium recouverts de dioxyde de silicium avec 16 électrodes en titane-or pré-PA sur la surface.
L’aire de chaque modèle doit être d’environ cinq millimètres sur cinq millimètres carrés. Placez le ruban de découpe avec la couche de poudre nano Krystal à l’envers sur chaque modèle d’appareil. Tapotez légèrement le ruban à découper pour qu’environ 10 à 100 morceaux de cristaux de la couche de diséléniure de maum tombent sur chaque modèle.
Montez les gabarits préparés sur un support de faisceau d’ions focalisé à l’aide d’un ruban adhésif en feuille de cuivre. Chargez ensuite le support dans la chambre de faisceau d’ions focalisé. Évacuez la chambre à une fois 10 au cinquième millibars en cliquant sur pompe.
Pour le mode MEB, réglez le courant du faisceau d’électrons sur 41 pico ampères et la tension d’accélération sur 10 kilovolts. Ensuite, pour le mode FIB, réglez le courant du faisceau d’ions à 0,1 nanoampères et la tension d’accélération à 30 kilovolts. Ensuite, réchauffez le système de faisceau d’ions et le système d’injection de gaz.
Allumez le faisceau d’électrons en cliquant sur le bouton faisceau et faites la mise au point sur l’image à un faible grossissement de 100 x. Ensuite, réglez la distance de travail axiale Z à 10 millimètres pour le mode MEB. Augmentez maintenant le grossissement à 5 000 x et concentrez-vous sur l’échantillon.
Une fois la mise au point effectuée, entrez un angle d’inclinaison de 52 degrés dans le menu de navigation pour incliner l’angle du support. Ensuite, sélectionnez du molybdène de forme rectangulaire et carrée. Couche de nanocristaux d’une épaisseur allant de cinq à 3000 nanomètres.
Pour la fabrication d’électrodes, prenez des images SCM du matériau vierge ciblé à différents grossissements allant de 1000 x à 10 000 x avant la fabrication de l’électrode. Ensuite, passez en mode faisceau d’ions focalisé et prenez une image en utilisant le mode instantané pour réduire le temps d’exposition du matériau ciblé sous bombardement par faisceau d’ions. Définissez la zone de dépôt de l’électrode en sélectionnant d’abord le mode de dépôt de platine, puis en saisissant l’épaisseur de 0,2 à 1,0 micron.
Ensuite, introduisez le capillaire du système d’injection de gaz dans la chambre en cliquant sur la case de dépôt de platine dans le bloc d’injection de gaz. Prenez une autre image en utilisant le mode instantané et modifiez la position des électrodes. Si le motif défini à l’origine se déplace légèrement, activez le dépôt de faisceau d’ions focalisé Après le dépôt, tirez le capillaire du système d’injection de gaz vers l’arrière en décliquant la case de dépôt de platine.
Ensuite, passez en mode microscope électronique à balayage et prenez des images à différents grossissements des appareils terminés avec deux ou quatre électrodes. Après avoir pris les images, réglez l’angle d’inclinaison du support, revenez à zéro degré et prenez des images supplémentaires de dessus à différents grossissements afin d’estimer la largeur du matériau et la distance entre les électrodes. Lorsque vous avez terminé, éteignez les systèmes de faisceaux d’électrons et de faisceaux d’ions et refroidissez le système d’injection de gaz.
Purgez également la chambre avec de l’azote gazeux, puis sortez le support de la chambre. Enfin, fermez la porte de la chambre et évacuez la chambre. Une dernière fois.
Des images représentatives au microscope électronique à balayage de champ des dispositifs IDE en molybdène à deux bornes et à quatre terminaux sont présentées ici. Après avoir utilisé un FM pour estimer la hauteur d’un certain nombre de nanoflocons, les contacts omiques des dispositifs peuvent être caractérisés en mesurant la relation courant/tension. Les courbes de tension de courant de ce dispositif suivent une relation linéaire confirmant la condition de contact omique des dispositifs à base de molybdène di-séléniure.
Une image de microscopie électronique à transmission transversale de l’interface platine-molybdène di séléniure montre qu’une couche d’alliage d’environ 25 à 30 nanomètres s’est formée entre le platine et le molybdène di séléniure en raison du bombardement par faisceau d’ions. Une image TEM haute résolution de l’interface montre qu’un alliage amorphe se forme à la surface du monocristal de molybdène di sélénure. Cet alliage se compose d’un mélange de molybdène, de sélénium et de platine dans un rapport de deux à quatre pour un Une fois maîtrisé.
Cette technique peut être réalisée en quelques heures si elle est correctement exécutée après son développement. Cette technique ouvre la voie aux chercheurs dans le domaine de la nanotechnologie et de la science des matériaux, afin d’explorer les propriétés électriques de leurs systèmes de matériaux semi-conducteurs.
Consultez la transcription complète et accédez à des milliers de vidéos scientifiques
Aperçu
Cet article traite de la fabrication et de la caractérisation électrique de nanostructures semi-conductrices en couches de diséléniure de molybdène (MoSe2). Il met en évidence l'utilisation du dépôt par faisceau d'ions focalisés pour créer des contacts ohmiques à l'aide de platine.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Nanotechnologie
- Fabrication de semiconducteurs
- Caractérisation électrique
Contexte
- Le diséléniure de molybdène (MoSe2) est un semi-conducteur en couches.
- La compréhension de la fabrication des contacts est cruciale pour la performance des dispositifs.
- Les techniques au faisceau d'ions focalisés offrent une précision dans la fabrication de nanostructures.
- Les contacts ohmiques sont essentiels pour des mesures électriques efficaces.
Objectif de l'étude
- Créer des contacts ohmiques sur des nanostructures de MoSe2.
- Évaluer l'efficacité du dépôt par faisceau d'ions focalisés.
- Améliorer la reproductibilité de la caractérisation électrique.
Méthodes utilisées
- Dépôt par faisceau d'ions focalisés pour la fabrication de contacts.
- Nettoyage des outils avec de l'acétone et de l'alcool.
- Caractérisation des cristaux de couches de MoSe2.
- Tests électriques des dispositifs fabriqués.
Résultats principaux
- Réalisation réussie de contacts ohmiques sur des nanostructures individuelles.
- Démonstration de la reproductibilité des caractéristiques électriques.
- Apport de connaissances sur les avantages des techniques de faisceau d'ions focalisés.
- Mise en évidence de la simplicité du procédé de fabrication par rapport à d'autres méthodes.
Conclusions
- La technique du faisceau d'ions focalisés est efficace pour la fabrication de contacts.
- Les nanostructures de MoSe2 peuvent être caractérisées électriquement de manière fiable.
- Cette méthode peut faire progresser la recherche en nanotechnologie et dans le domaine des dispositifs semiconducteurs.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
Ce travail démontre une méthode reproductible pour fabriquer des contacts ohmiques sur des nanostructures semiconductrices individuelles à l'aide d'un dépôt par faisceau d'ions focalisés, permettant une caractérisation électrique précise de matériaux en couches. Cette approche soutient la validation précoce des cibles en fournissant des mesures quantitatives de conductivité sur une large gamme d'épaisseurs, ce qui est essentiel pour évaluer les relations structure-propriété dans les nanomatériaux. De telles capacités renforcent la fiabilité prédictive dans des applications ultérieures telles que la détection biologique ou l'électronique flexible, où un transport de charge fiable aux interfaces est indispensable.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Découverte précoce et validation de cibles
- Valeur scientifique : Permet l'analyse du comportement électrique dépendant de l'épaisseur dans les semi-conducteurs 2D, soutenant la réduction des risques mécanistiques pour les transducteurs à base de nanomatériaux.
- Valeur opérationnelle : Fournit une formation normalisée de contacts ohmiques sans recuit, réduisant la variabilité du procédé lors de la caractérisation des nanostructures.
Développement de tests et criblage
- Valeur scientifique : Facilite la préparation de contacts électriques uniformes pour des mesures reproductibles de courant-tension, une condition préalable à une transduction fiable du signal des biocapteurs.
- Valeur opérationnelle : Utilise le dépôt par faisceau d'ions focalisés (FIB) pour obtenir une métallisation évolutive et spécifique aux contacts, compatible avec des plateformes de criblage électrique à haut débit.
Recherche translationnelle et préclinique
- Valeur scientifique : Permet l'évaluation des propriétés de transport dominées par la surface dans des couches minces, ce qui est pertinent pour la conception de nanomatériaux dotés d'une sensibilité accrue à la surface dans les applications diagnostiques.
- Valeur opérationnelle : Permet une analyse en série d'épaisseurs afin d'identifier les dimensions optimales pour l'optimisation du rapport signal sur bruit dans les biocapteurs à effet de champ.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Cette méthode s'inscrit dans le continuum de la découverte en permettant la lecture électrique de matériaux nanostructurés après leur synthèse et avant leur intégration fonctionnelle dans des architectures de dispositifs.
- Découverte en biologie : Permet la vérification d'hypothèses sur les mécanismes de transport de charge dans les semiconducteurs de faible dimensionnalité par sondage électrique direct.
- Écrantage : Fournit des sorties I-V quantitatives et linéaires confirmant un comportement ohmique, assurant ainsi des mesures de référence fiables pour les essais comparatifs.
- Analyse : Fournit des données de conductivité et d'énergie d'activation permettant de classer les variantes de matériaux selon leur performance électronique.
- Recherche translationnelle : Relie les propriétés des nanostructures à la fonctionnalité au niveau du dispositif en validant la continuité électrique aux interfaces.
- Réutilisation en entreprise : Met en place une plateforme réutilisable pour la fabrication de contacts, applicable à divers matériaux 2D autres que MoSe2, tels que MoS2 et WS2.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Réduit l'ambiguïté mécanistique dans la caractérisation électrique en éliminant la résistance de contact comme variable perturbante.
- Valeur opérationnelle : Assure une forte reproductibilité des mesures électriques grâce à un dépôt métallique précis et localisé.
- Valeur stratégique : Améliore les décisions d'acceptation ou de rejet dans le choix des nanomatériaux en fournissant des données fiables sur la conductivité.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque des matériaux 2D en fonction de leur comportement électronique dépendant de l'épaisseur.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en utilisation du faisceau d'ions focalisés et en manipulation de nanostructures.
- Dépend de l'accès à des systèmes FIB dotés de capacités d'injection de gaz pour le dépôt de platine.
- Exige des protocoles normalisés pour l'exfoliation des cristaux et la préparation des substrats afin d'assurer une reproductibilité.
- Implique de prendre en compte l'adaptation de la technique à d'autres matériaux stratifiés présentant des chimies de surface variées.
- Est limité par la nécessité de conditions sous vide et par les dommages potentiels causés à l'échantillon par l'exposition au faisceau d'ions, comme indiqué dans le protocole.
