Name: Préparation de grande surface verticales Crystal hétéro-structures 2D par l’intermédiaire de la sulfuration de Films de métaux de Transition pour la Fabrication de dispositifs (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-11-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 50 s
Description: Apprenez la fabrication d'hétérostructures verticales MoS₂/WS₂ par sulfurisation de films métalliques sur substrat saphir. Cette méthode contrôle précisément le nombre de couches et améliore les performances des transistors.

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1. la croissance de chaque matériel 2D (MoS2 et WS2)
<ol><li>
Dépôts de métaux de transition utilisant un RF sputtering système
	<ol>
<li>Un substrat de2 saphir propre 2 x 2 cm est placé sur le porte-échantillon avec le côté brillant vers les cibles du système de pulvérisation pour la déposition de métaux de transition. Substrats de saphir sont choisis en raison de la stabilité chimique de sapphire à hautes températures et surfaces atomique à plat.</li>
		<li>Pompe vers le bas de la chambre de pulvérisation de 3 x 10-6 torr successivement à l’aide d’une pompe mécanique, suivie d’une pompe à diffusion.</li>
		<li>Injecter le gaz Ar dans le système de pulvérisation et de maintenir le flux de gaz à 40 mL/min à l’aide d’un contrôleur de débit massique (MFC).</li>
		<li>Maintenir la pression dans la chambre à 5 x 10-2 torr à l’aide d’une vanne de régulation de pression manuelle et enflammer le plasma Ar. Maintenir la puissance de sortie à 40 w.</li>
		<li>Diminuer la pression dans la chambre à 5 x 10-3 torr en utilisant une roue manuelle Angle soupape.</li>
		<li>Ouvrir l’obturateur entre le substrat de saphir et de la cible métallique de 2 pouces et commencer la METALLISATION manuellement. Au cours de la procédure de dépôt, maintenir la puissance ionique à 40 W pour les Mo et W. La pression de fond est maintenue à 5 × 10-3 torr avec 40 mL/min débit de gaz Ar.</li>
		<li>Contrôler la durée de pulvérisation pour déposer des films de métaux de transition avec différentes épaisseurs. En raison de l’épaisseur du métal mince, pulvérisation fois offrira mieux maîtriser l’épaisseur du film que les lectures de la résonateur à quartz. Remarque : Le nombre de couche de MoS2 et WS2 cultivés à l’aide de la méthode décrite dans le manuscrit actuel est proportionnel aux fois PULVERISATION des films Mo et W prédéposés. La détermination de pulvérisation fois afin d’obtenir des MoS2 et WS2 avec numéros de couche requise est basée sur les images de microscopie électronique (HRTEM) transversale de transmission à haute résolution pour des échantillons à différents moments de pulvérisation. Toutefois, si les films prédéposés de Mo et W sont trop épais, ségrégation oxyde Mo et W deviendra le mécanisme de croissance dominante, au lieu de planaires MoS2 et WS2 film croissance. Par conséquent, la proportionnalité des numéros de couche avec son temps de pulvérisation est limitée à quelques couches TMDs. À la condition de croissance de MoS2 dans le manuscrit actuel, le nombre de couche sera proportionnel aux fois pulvérisation quand le film de2 MoS est moins de 10 couches. Le temps de pulvérisation est 30 s pour la croissance des 5 couches MoS2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
La sulfuration du film métal de transition
	<ol>
<li>Placer les substrats de saphir avec des films de métaux de transition antérieur au centre d’un four chaud de sulfuration.</li>
		<li>Placez la poudre de soufre (S) en amont de l’écoulement de gaz, 2 cm de distance de la zone de chauffage du four. Dans cette position, la température d’évaporation pour la poudre de S sera 120 ° C lorsque la température du substrat augmente à 800 ° C. Contrôler avec précision le poids de poudre S pour différents métaux de transition de sulfuration. Dans le travail, le poids de poudre de S est de 1,5 g pour Mo et 1,0 g pour W. Remarque : Nous déterminons les quantités de poudre de soufre pour la préparation de MoS2 puis WS2 films sur les résultats obtenus pour chaque matériel préparé à l’aide de différentes quantités de poudre de soufre.</li>
		<li>Maintenir la pression du four à 0,7 torr. Au cours de la procédure de sulfuration, 130 mL/min gaz Ar a été utilisé comme gaz vecteur.</li>
		<li>Rampe de la température du four à 800 ° C en 40 min depuis la température ambiante avec un taux de rampe de température de 20 ° C/min. maintenir la température à 800 ° C jusqu'à ce que la poudre de soufre est complètement évaporée. Après cela, la puissance de chauffage est éteint pour abaisser la température du four. Il faut environ 30 à 40 min pour le four à température ambiante de 800 ° C.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Effectuer des mesures de spectre Raman en utilisant un 488 nm laser15,16,17. Obtenir les images en coupe transversale HRTEM pour apurer le calque des cristaux 2D15,16,17.</li>
</ol>2. la croissance de la WS2/MoS2 seul hétéro-structure verticale
Remarque : Cette section est utilisée pour créer une seule hétéro-structure consistant en une couche de glace saphir avec 5 couches de MoS2 et 4 couches de WS2.
<ol><li>Suivez la même procédure que l’étape 1.1. Déposer le film Mo sur le substrat de saphir à l’aide de la RF sputtering système avec un 30 s temps de pulvérisation cathodique.</li>
	<li>Sulfurize le film Mo suivant les mêmes procédures de sulfuration comme étape 1.2 pour la croissance de MoS2. Cinq couches de MoS2 seront obtenus après l’intervention de sulfuration.</li>
	<li>Suivez les mêmes procédures que l’étape 1.1. Déposer le film W sur le MoS2/saphir substrat à l’aide de la RF sputtering système avec un 30 s temps de pulvérisation cathodique.</li>
	<li>Sulfurize le film W suivant la même procédure de sulfuration de l’étape 1.2 pour la croissance de WS2. Quatre couches de WS2 pourra être obtenus sur le dessus de la MoS2 après l’intervention de sulfuration. Remarque : La procédure de dépôt et sulfuration métallique est le même que le matériel individuel. Les temps de pulvérisation des films Mo et W sont déterminés selon le nombre de couches requises de MoS2 et WS2 couches. Double - ou multi-hetero-structures peut être établie en répétant la même procédure de croissance. La séquence de la CMT en l’hétéro-structures verticales peut également être modifiée selon la structure de l’échantillon.</li>
</ol>3. le transfert de Film et les procédures de Fabrication de dispositif
<ol><li>
Le film transfert procédure des films cristal 2D
	<ol>
<li>Essorage manteau trois gouttes de poly(methyl methacrylate) (PMMA) sur le film TMD pour couvrir tout le film à température ambiante. Les vitesses de rotation de deux étages de la casserole sont 500 tr/min pendant 10 s et 800 tr/min pendant 10 s. Après cuisson à 120 ° C pendant 5 min, l’épaisseur PMMA est autour de 3 µm.</li>
		<li>Placer l’échantillon PMMA/TMD/saphir dans une boîte de Pétri qui est rempli avec de l’eau désionisée (DI).</li>
		<li>Décoller un coin du film PMMA/TMD du saphir substrat à l’aide de la pince à épiler dans l’eau distillée.</li>
		<li>Faire chauffer 250 mL de solution aqueuse de KOH M (boulettes KOH 14 g mélangés avec 250 mL d’eau) dans un bécher de 100 ° c. Déplacer l’échantillon dans la solution aqueuse de KOH chauffée et continuer à éplucher le film PMMA/PTM jusqu'à ce que le film est complètement décollée du substrat. Peeling nécessite environ 1 min pour terminer.</li>
		<li>Utiliser un substrat de saphir distinct pour ramasser le film PMMA/PTM de la solution KOH. Déplacer le film dans un bécher de 250 mL rempli d’eau DI à laver les résidus KOH sur le film. À ce stade, l’adhérence entre le film PMMA/TMD et le substrat de saphir pour ramasser le film est faible. Par conséquent, le film attachera hors du substrat de saphir après immersion dans l’eau de DI.</li>
		<li>Répétez les étapes 3.1.4 - 3.1.5 trois fois à l’aide de nouvelles sources d’eau DI pour s’assurer que la majeure partie du résidu KOH est supprimée du film. Remarque : L’adhérence entre chaque couche TMD est beaucoup plus forte que TMDs avec le substrat de saphir. Par conséquent, la même procédure de transfert peut être applique à individuels MoS2/WS2 matériaux ou leurs hétéro-structures. Les films cristal 2D vont être complètement décortiquées du substrat, qui est semblable à l’épluchage de la MoS2/graphene hétéro-structure discutée dans une précédente publication18. Selon le but de transférer le film, le substrat mentionné dans cette étape peut être un substrat de saphir ou un substrat /Si SiO2électrodes antérieur, tel que décrit à l’étape 3.2. Autres substrats peuvent également être utilisés à cet effet.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
La fabrication de transistors cristal 2D.
	<ol>
<li>Photolithographie standard permet de définir des modèles d’électrodes sur SiO2/Si substrats15,16,17. Les électrodes source et de drain de 10 nm titane (Ti) ou 100 or nm (Au) sont fabriqués sur un substrat de Si 300 nm SiO2/p-type.</li>
		<li>Immerger la SiO2/Si substrat avec des motifs électrodes source/drain dans le bécher rempli d’eau DI et fixez sur le côté TMD du film PMMA/PTM, tel qu’établi à l’étape 3.1.</li>
		<li>Cuire au four de l’échantillon à 100 ° C pendant 3 min, après que le film est attaché au substrat /Si SiO2, pour enlever les résidus de l’eau.</li>
		<li>Appliquez trois gouttes de PMMA sur l’échantillon avec le film PMMA/TMD pour couvrir toute la surface et rendre le film plus fermement attaché au substrat.</li>
		<li>Placer l’échantillon dans un boîtier électronique sec pendant au moins 8 h avant de passer à l’étape suivante.</li>
		<li>Remplir deux béchers différents 250 mL avec de l’acétone. Immergez l’échantillon fixé avec le film PMMA/PTM successivement dans les deux béchers différents remplis d’acétone pour 50 et 10 min, respectivement, pour enlever la couche supérieure de PMMA.</li>
		<li>Définir le canal du transistor à l’aide de photo standard-lithographie et gravure ionique réactive15,16,17. Porte arrière MoS2 et WS2hétéro-structure /MoS2 transistors sont fabriquées15,16,17. La longueur de la chaîne et la largeur des dispositifs sont respectivement 5 et 150 μm.</li>
		<li>Utiliser un instrument de sourcemeter système bicanal pour mesurer les caractéristiques courant-tension des transistors à15,16,17.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Moldt, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Yield+Production+and+Transfer+of+Graphene+Flakes+Obtained+by+Anodic+Bonding%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">High-Yield Production and Transfer of Graphene Flakes Obtained by Anodic Bonding.</a> ACS Nano. 5, 7700-7706 (2011).</li>
<li>Choi, W., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201201909/abstract">High-Detectivity Multilayer MoS2 Phototransistors with Spectral Response from Ultraviolet to Infrared.</a> Adv. Mater. 24, 5832-5836 (2012).</li>
<li>Liu, H., Neal, A. T., Ye, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Channel+Length+Scaling+of+MoS2+MOSFETs%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Channel Length Scaling of MoS2 MOSFETs.</a> ACS Nano. 6, 8563-8569 (2012).</li>
<li>Wang, Q. H., Kalantar-Zadeh, K., Kis, A., Coleman, J. N., Strano, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronics+and+optoelectronics+of+two-dimensional+transition+metal+dichalcogenides%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides.</a> Nat. Nanotechnol. 7, 699-712 (2012).</li>
<li>Radisavljevic, B., Radenovic, A., Brivio, J., Giacometti, V., Kis, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-layer+MoS2+transistors%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Single-layer MoS2 transistors.</a> Nat. Nanotechnol. 6, 147-150 (2011).</li>
<li>Lee, Y. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+Large-Area+MoS2+Atomic+Layers+with+Chemical+Vapor+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Synthesis of Large-Area MoS2 Atomic Layers with Chemical Vapor Deposition.</a> Adv. Mater. 24, 2320-2325 (2012).</li>
<li>Yu, Y., Li, C., Liu, Y., Su, L., Zhang, Y., Cao, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+Scalable+Synthesis+of+Uniform%2C+High-Quality+Monolayer+and+Few-layer+MoS2+Films%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Controlled Scalable Synthesis of Uniform, High-Quality Monolayer and Few-layer MoS2 Films.</a> Sci. Rep. 3, 1866(2013).</li>
<li>Ling, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+the+Seeding+Promoter+in+MoS2+Growth+by+Chemical+Vapor+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Role of the Seeding Promoter in MoS2 Growth by Chemical Vapor Deposition.</a> Nano Lett. 14, 464-472 (2014).</li>
<li>Lee, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+wafer-scale+uniform+molybdenum+disulfide+films+with+control+over+the+layer+number+using+a+gas+phase+sulfur+precursor%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Synthesis of wafer-scale uniform molybdenum disulfide films with control over the layer number using a gas phase sulfur precursor.</a> Nanoscale. 6, 2821-2826 (2014).</li>
<li>Lin, M. Y., Su, C. F., Lee, S. C., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4883359">The Growth Mechanisms of Graphene Directly on Sapphire Substrates using the Chemical Vapor Deposition.</a> J. Appl. Phys. 115, 223510(2014).</li>
<li>Wu, C. R., Chang, X. R., Chang, S. W., Chang, C. E., Wu, C. H., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/48/43/435101/meta">Multilayer MoS2 prepared by one-time and repeated chemical vapor depositions: anomalous Raman shifts and transistors with high ON/OFF ratio.</a> J. Phys. D Appl. Phys. 48, 435101(2015).</li>
<li>Li, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epitaxial+growth+of+a+monolayer+WSe2-MoS2+lateral+p-n+junction+with+an+atomically+sharp+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Epitaxial growth of a monolayer WSe2-MoS2 lateral p-n junction with an atomically sharp interface.</a> Science. 349, 524-528 (2015).</li>
<li>Zhan, Y., Liu, Z., Najmaei, S., Ajayan, M. P., Lou, J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201102654/abstract">Large-area vapor-phase growth and characterization of MoS2 atomic layers on a SiO2 substrate.</a> Small. 8, 966(2012).</li>
<li>Woods, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.5b06126">One-Step Synthesis of MoS2/WS2 Layered Heterostructures and Catalytic Activity of Defective Transition Metal Dichalcogenide Films.</a> ACS Nano. 10, 2004-2009 (2016).</li>
<li>Wu, C. R., Chang, X. R., Wu, C. H., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28176836">The Growth Mechanism of Transition Metal Dichalcogenides using Sulfurization of Pre-deposited Transition Metals and the 2D Crystal Hetero-structure Establishment.</a> Sci. Rep. 7, 42146(2017).</li>
<li>Chen, K. C., Chu, T. W., Wu, C. R., Lee, S. C., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6463/aa52b6/pdf">Layer Number Controllability of Transition-metal Dichalcogenides and The Establishment of Hetero-structures using Sulfurization of Thin Transition Metal Films.</a> J. of Phys. D: Appl. Phy. 50, 064001(2017).</li>
<li>Wu, C. R., Chang, X. R., Chu, T. W., Chen, H. A., Wu, C. H., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Establishment+of+2D+Crystal+Heterostructures+by+Sulfurization+of+Sequential+Transition+Metal+Depositions%3A+Preparation%2C+Characterization%2C+and+Selective+Growth%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Establishment of 2D Crystal Heterostructures by Sulfurization of Sequential Transition Metal Depositions: Preparation, Characterization, and Selective Growth.</a> Nano Lett. 16, 7093-7097 (2016).</li>
<li>Lin, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4893448">Toward epitaxially grown two-dimensional crystal hetero-structures: Single and double MoS2/graphene hetero-structures by chemical vapor depositions.</a> Appl. Phys. Lett. 105, 073501(2014).</li>
<li>Lee, C., Yan, H., Brus, L. E., Heinz, T. F., Hone, J., Ryu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anomalous+Lattice+Vibrations+of+Single+and+Few-Layer+MoS2%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Anomalous Lattice Vibrations of Single and Few-Layer MoS2.</a> ACS Nano. 4, 2695-2700 (2010).</li>
<li>Chen, K. C., Chu, T. W., Wu, C. R., Lee, S. C., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1583/aa75a7">Atomic Layer Etchings of Transition Metal Dichalcogenides with Post Healing Procedures: Equivalent Selective Etching of 2D Crystal Hetero-structures.</a> 2D Mater. 4, 034001(2017).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Par rapport aux matériaux semi-conducteurs classiques comme Si et GaAs, l’avantage des matériaux 2D pour les applications smart device réside dans la possibilité de fabrication de dispositifs avec des corps très minces jusqu'à plusieurs couches atomiques. Lorsque l’industrie Si avance dans le < 10 nœuds de technologie nm, le grand allongement de nageoire Si FET fera l’architecture du dispositif inadapté pour des applications pratiques. Ainsi, les matériaux 2D ont vu le jour en raison de leur potentiel pour remplacer Si d...

Une des approches plus courantes pour obtenir les films cristal 2D utilise une exfoliation mécanique de gros matériaux1,2,3,4,5. Bien que les films cristal 2D avec cristallin de haut qualité peuvent être facilement obtenus à l’aide de cette méthode, scalable 2D crystal films ne sont pas disponibles par le biais de cette approche, ce qui est désavantageuse pour les applications pratiques. Dans des publications antérieures, il a été démontré qu’en utilisant le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), uniforme et de grande surface cristal 2D films peuvent être préparé6,7,8,9. La croissance directe du graphène sur substrats de saphir et couche-nombre-contrôlable MoS2 films en répétant le même cycle de croissance sont également démontrée à l’aide de la CVD croissance technique10,11. Dans une publication récente, dans le plan WSe2/MoS2 hétéro-structure flocons sont également fabriqués en utilisant la CVD croissance technique12. Bien que la technique de la croissance de CVD est prometteuse dans la fourniture de films cristal 2D évolutive, l’inconvénient majeur de cette technique de croissance est que différents précurseurs doivent être situé pour différents cristaux 2D. Les conditions de croissance varient également entre les différents cristaux 2D. Dans ce cas, les processus de croissance vont devenir plus compliqués quand la demande se développe pour les hétéro-structures cristallines 2D.
Par rapport à la technique de la croissance de CVD, la sulfuration de métaux de transition antérieur films a fourni une approche similaire mais beaucoup plus simple de la croissance pour TMDs13,14. Étant donné que le procédé de croissance implique seulement dépôt métallique et la procédure suivante de sulfuration, c’est possible de faire pousser différentes TMDs à travers les même processus de croissance. En revanche, la contrôlabilité numéro de couche des cristaux 2D peut également être atteint en changeant les épaisseurs de métal de transition antérieur. Dans ce cas, contrôle numéro optimisation et couche de croissance vers le bas pour une seule couche sont nécessaires pour différentes TMDs. comprendre les mécanismes de croissance est également très important pour la mise en place de TMD hétéro-structures complexes à l’aide de cette méthode.
Dans cette étude, le MoS2 et le WS2 films sont préparés selon des procédures similaires de croissance des dépôts métalliques suivie par la procédure de sulfuration. Avec les résultats obtenus par la sulfuration de films Mo dans les conditions suffisantes et déficient de soufre, les deux mécanismes de croissance sont observées au cours de la procédure de sulfuration15. En vertu de la condition suffisante de soufre, un film de2 MoS uniform et couche-nombre-contrôlable peut être obtenu après la procédure de sulfuration. Lorsque l’échantillon est sulfurisé sous la condition de soufre déficient, le soufre de fond n’est pas suffisant pour former un film de2 MoS complète telle que la ségrégation de l’oxyde de Mo et coalescence sera le mécanisme dominant dès les premiers stades de croissance. Un échantillon avec des grappes d’oxyde Mo couverts par quelques couches de MoS2 sera obtenu après la procédure de sulfuration15. Par le biais de metallisation séquentielle et procédures suivantes de sulfuration, WS2/MoS2 hétéro-structures verticales avec contrôlabilité numéro de couche vers le bas pour une seule couche peut être préparé15,16. En utilisant cette technique, un échantillon est prélevé sur un même substrat de saphir avec quatre régions : (I) substrat de saphir, (II) standalone MoS2, (III) WS2/MoS2 hétéro-structure et (IV) standalone WS217 vierges . Les résultats démontrent que la technique de croissance est avantageuse pour la mise en place de cristal 2D vertical hétéro-structure et est capable d’une croissance sélective. Les performances du dispositif amélioré de cristal 2D hétéro-structures marquera la première étape vers des applications pratiques pour les cristaux 2D.

<table><tbody><tr><td>Système de pulvérisation cathodique RF</td><td>Technologie Kao Duen</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Four pour la sulfuration</td><td>Création de nanotechnologies</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Polyméthacrylate de méthyle (PMMA)</td><td>Microchem</td><td>8110788</td><td>Inflammable</td></tr><tr><td>KOH, > 85</td> % <td>Acétone Sigma-Aldrich</td><td>30603</td><td></td></tr><tr><td>, 99,5</td> % <td>Echo Chemical</td><td>CMOS110</td><td></td></tr><tr><td>Soufre (S), 99.5 %</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>13803</td><td></td></tr><tr><td>Molybdène (Mo), 99.95 %</td><td>Summit-Tech</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Tungstène (W), 99.95 %</td><td>Summit-Tech</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Substrat saphir plan C</td><td>Summit-Tech</td><td>X171999</td><td>(0001) &plusmn ; 0.2 &deg ; un côté poli</td></tr><tr><td>300 nm SiO2/Si substrat</td><td>Summit-Tech</td><td>2YCDDM</td><td>Substrat Si de type P, résistivité : 1-10 &Omega ; &middot ; cm.</td></tr><tr><td>Porte-échantillon (système de pulvérisation)</td><td>Technologie Kao Duen</td><td>N/A</td><td>Matériau céramique</td></tr><tr><td>Pompe mécanique (système de pulvérisation)</td><td>Ulvac</td><td>D-330DK</td><td></td></tr><tr><td>Pompe à diffusion (système de pulvérisation)</td><td>Ulvac</td><td>ULK-06A</td><td></td></tr><tr><td>Régulateur de débit massique</td><td>Brooks</td><td>5850E</td><td>Le débit maximal d’argon est de 400 mL/min</td></tr><tr><td>Roue manuelle Vanne à clapet d’angle</td><td>King Lai</td><td>N/A</td><td>Gamme de vide de 2500 ~1 & times ; 10-8 torr</td></tr><tr><td>Système de mesure Raman</td><td>Horiba</td><td>Jobin Yvon LabRAM HR800</td><td></td></tr><tr><td>Microscopie électronique à transmission</td><td>Fei</td><td>Tecnai G2 F20</td><td></td></tr><tr><td>Boîte de Pétri</td><td>Kwo Yi</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Pince à épiler</td><td>Venus</td><td>2A</td><td></td></tr><tr><td>Armoire sèche numérique</td><td>Jwo Ruey Technique</td><td>DRY-60</td><td></td></tr><tr><td>Sourcemètre système à deux canaux</td><td>Keithley</td><td>2636B</td><td></td></tr></tbody></table>

préparation de grande surface verticales crystal hétéro-structures 2d par l’intermédiaire de la sulfuration de films de métaux de transition pour la fabrication de dispositifs

Preparation of Large-area Vertical 2D Crystal Hetero-structures Through the Sulfurization of Transition Metal Films for Device Fabrication

Nous ont démontré que par le biais de la sulfuration de métaux de transition des films tels que le molybdène (Mo) et du tungstène (W), grande surface et uniforme des métaux de transition multiples (TMDs) MoS2 et WS2 peuvent être préparés sur des substrats de saphir. En contrôlant les épaisseurs de film métallique, contrôlabilité numéro bonne couche, à une seule couche de PTM, peut être obtenue à l’aide de cette technique de croissance. Basé sur les résultats obtenus par le film de Mo sulfurisé sous la condition déficiente de soufre, il existe deux mécanismes de croissance de2 MoS b planaire et (b) la ségrégation oxyde Mo observée au cours de la procédure de sulfuration. Lorsque le soufre de fond est suffisant, la croissance TMD planaire est le mécanisme de croissance dominante, qui se traduira par un film de2 MoS uniform après l’intervention de sulfuration. Si le soufre de fond est déficient, ségrégation oxyde Mo sera le mécanisme de croissance dominante à l’étape initiale de la procédure de sulfuration. Dans ce cas, l’échantillon avec des grappes d’oxyde Mo recouverts de couches peu MoS2 sera obtenu. Une fois séquentiel Mo dépôts/sulfuration et les procédures de dépôt/sulfuration W, vertical WS2/MoS2 hétéro-structures établies à l’aide de cette technique de croissance. Raman pics correspondant aux WS2 et MoS2, respectivement et le nombre de couche identique de l’hétéro-structure avec la somme des différentes matières 2D ont confirmé la mise en place réussie du cristal 2D vertical hétéro-structure. Après le transfert de la WS2film2 /MoS sur un substrat de /Si SiO2avec électrodes pré motifs source/drain, un transistor à grille inférieure est fabriqué. En comparaison avec le transistor avec seulement les canaux de2 MoS, les courants plus élevés de la vidange de l’appareil avec la WS2/MoS2 hétéro-structure ont qu’exposées avec l’introduction de cristal 2D hétéro-structures, dispositif supérieur efficacité peut être obtenue. Les résultats ont révélé le potentiel de cette technique de croissance pour l’application pratique des cristaux 2D.

Le spectre Raman et les images en coupe transversale HRTEM individuels MoS2 et WS2 fabriqué en utilisant la sulfuration de métaux de transition antérieur sont indiquées dans la Figure 1 a-b17, respectivement. On observe deux pics caractéristiques de Raman pour MoS2 et WS2, qui correspondent dans le plan <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56494/56494eq1.jpg"> et hors...

Par le biais de la sulfuration de métaux de transition antérieur, Hétéro-structures en cristal 2D de grande surface et verticale peuvent être fabriqués. Le film transfert et les procédures de fabrication de dispositif sont également illustrés dans ce rapport.

Préparation de grande surface verticales Crystal hétéro-structures 2D par l’intermédiaire de la sulfuration de Films de métaux de Transition pour la Fabrication de dispositifs

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition ...

L’objectif global de cette technique de croissance est d’établir des hétérostructures cristallines verticales 2D complexes, avec un bon contrôle du nombre de couches 2D, en utilisant des procédures de croissance similaires pour chaque matériau. Le principal avantage de cette technique simple est qu’elle utilise des procédures de croissance similaires pour différents matériaux 2D et qu’elle a une bonne contrôlabilité du nombre de couches. Cette technique peut aider à étudier les applications pratiques des hétérostructures verticales de matériaux 2D, car elle peut produire des hétérostructures cristallines verticales 2D plus grandes avec des propriétés de transit améliorées par rapport aux structures monomatériaux.Pour commencer la procédure, montez un substrat saphir propre de deux centimètres sur deux centimètres sur l’étage d’échantillonnage d’un système de pulvérisation RF, avec le côté poli face à la cible en molybdène. Pompez la chambre d’échantillonnage à trois fois 10 puissance moins six tores. Injectez du gaz argon dans le système à 40 millilitres par minute et assurez-vous que la pression de la chambre est stable à cinq fois 10 puissance moins deux tores.Allumez le plasma et réglez la puissance de sortie sur 40 watts. Réduire la pression de la chambre à cinq fois 10 puissance moins trois tores. Ensuite, ouvrez manuellement l’obturateur cible en molybdène et déposez le métal pendant 30 secondes.Assurez-vous que la puissance de sortie reste constante tout au long du dépôt. Une fois la pulvérisation terminée, placez le substrat dans un porte-échantillon d’un quart avec le film métallique vers le haut. Placez le substrat au centre de la zone de chauffage d’un four tubulaire calibré.Placez 1,5 gramme de poudre de soufre dans un bateau chauffant en alumine. Placez le bateau à deux centimètres en amont de la zone de chauffage de manière à ce que la température du soufre soit de 120 degrés Celsius lorsque le substrat atteint 800 degrés Celsius. Fermez et pompez le four à cinq fois 10 puissance moins trois tores.Ensuite, faites circuler le gaz argon à travers le four à 130 millilitres par minute. Assurez-vous que la pression du four se stabilise à 0,7 tores. Faites passer le four de la température ambiante à 800 degrés Celsius à 20 degrés Celsius par minute.Maintenez le four à 800 degrés Celsius jusqu’à ce que le soufre se soit complètement évaporé. Ensuite, éteignez le chauffage du four et laissez le substrat refroidir à température ambiante sous un flux d’argon. Ensuite, montez le substrat dans le système de pulvérisation RF avec le film de disulfure de molybdène face à la cible en tungstène.Vaporisez du tungstène sur le substrat pendant 30 secondes en utilisant les mêmes réglages que pour le molybdène. Placez le substrat recouvert de tungstène au centre de la zone de chauffage du four et un gramme de poudre de soufre à deux centimètres en amont de la zone de chauffage. Sulfuriser le film de tungstène en utilisant les mêmes paramètres que pour le film de molybdène.Pour commencer le transfert de la couche mince, appliquez une couche de trois gouttes de polyméthacrylate de méthyle sur une pellicule de dichalcogénure de métal de transition préparée pendant 10 secondes chacune à 500 et 800 rotations par minute. Faites durcir le PMMA à 120 degrés Celsius pendant cinq minutes. Ensuite, placez le substrat recouvert de PMMA dans une boîte de Pétri remplie d’eau désionisée.À l’aide d’une pince à épiler à pointes rondes et plates, décollez soigneusement un coin du PMMA avec le film TMD attaché du substrat. Transférez le substrat dans une solution aqueuse d’hydroxyde de potassium d’une molaire chauffée à 100 degrés Celsius. Décollez lentement et soigneusement l’ensemble du film PMMA TMD du substrat à l’aide d’une pince à épiler.Prélevez le film PMMA TMD de la solution d’hydroxyde de potassium avec un autre substrat de saphir propre avec le côté poli face au film. Transférez le film dans un bécher d’eau déminéralisée. Transférez le film dans de l’eau fraîche déminéralisée trois fois de la même manière, pour vous assurer que l’hydroxyde de potassium résiduel est complètement éliminé.Ensuite, obtenez un dioxyde de silicium de type P de 300 nanomètres d’épaisseur sur un substrat de silicium modelé avec des électrodes en titane ou en or. Immergez le substrat à motifs dans le bécher final d’eau déminéralisée et fixez soigneusement le film TMD au substrat. Faites cuire le substrat avec le film attaché à 100 degrés Celsius pendant trois minutes pour évaporer l’eau.Couvrez la surface du substrat avec du PMMA pour vous assurer que le film est fermement fixé au substrat. Faites sécher le substrat dans une armoire de séchage électronique pendant huit heures. Ensuite, retirez la couche de PMMA et utilisez la photolithographie et la gravure ionique réactive pour fabriquer un transistor à hétérostructure TMD.Le mécanisme de sulfuration du molybdène a été examiné avec le HRTEM. Dans des conditions riches en soufre, le soufre a rapidement remplacé l’oxygène des oxydes de molybdène, formant finalement un film uniforme avec un nombre contrôlable de couches. La ségrégation et la coalescence de l’oxyde de molybdène étaient le mécanisme de croissance précoce dominant dans des conditions de carence en soufre.La spectroscopie Raman de films individuels de disulfure de molybdène et de disulfure de tungstène a montré chacun deux pics caractéristiques. HRTEM a montré cinq couches de disulfure de molybdène et quatre couches de disulfure de tungstène. Le dépôt séquentiel de métal a abouti à une hétérostructure verticale de disulfure de molybdène de tungstène.Les deux séries de pics caractéristiques étaient apparentes dans le spectre des ramen. La formation d’une hétérostructure verticale de TMD a été soutenue par une gravure atomique répétée de couches individuelles de disulfure de tungstène jusqu’à ce qu’il ne reste que du disulfure de molybdène. Un transistor fabriqué avec une hétérostructure unique de disulfure de molybdène de tungstène présentait un courant de drain nettement plus élevé par rapport à un transistor fabriqué uniquement avec du disulfure de molybdène.Le transistor à hétérostructure unique avait une valeur de mobilité à effet de champ plus élevée, ce qui pourrait être le résultat de l’injection d’électrons du disulfure de tungstène dans le disulfure de molybdène et des canaux avec des concentrations d’électrons plus élevées sous équilibre thermique. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’utiliser un équipement et des procédures présentées pour établir facilement des hétérostructures verticales de matériaux 2D pour différentes applications de dispositifs. Lors de l’utilisation de ce protocole, vous ne devriez avoir qu’à optimiser les puissances de pulvérisation, les temps de position et les températures de séparation de votre équipement pour obtenir des matériaux et des hétérostructures 2D de haute qualité.

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