Name: Contrôle de champ électrique des États électroniques dans WS2 nanodispositifs par électrolyte Gate (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-12T13:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 36 s
Description: Découvrez le contrôle du nombre de porteurs dans les solides par gating électrolytique pour induire des transitions de phase quantiques dans les transistors au disulfure de tungstène. Cette méthode avance la recherche en supraconductivité et en physique de la matière condensée.

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Nous reconnaissons que les financiers d’appui ci-après ; Subvention pour spécialement promu recherche (no 25000003) de pages JSP, subvention pour recherche activité mise en service (No.15H06133) et la difficile recherche (exploratoire) (no. JP17K18748) du MEXT du Japon.

1. la Dispersion des WS 2 Nanotubes (NTs) sur substrat
<ol><li>Disperser les poudres2 NT WS dans l’alcool isopropylique (IPA, plus de 99,8 % de concentration) avec bon rapport diluée (environ 0,1 mg/mL) par sonication pendant 20 min. Remarque : La sonication longue durée contribue à faire de WS2 NTs jonques uniformément suspension dans un liquide de l’IPA et distinct bien formé et individuels WS2 NTs d’amorphe WS2 ou autres, ainsi que d’enlever les ordures qui s’accumulent WS2 NTs surface. Figure 2 b montre la suspension définitive de WS2 NTs. Étant donné que la suspension pourrait être réchauffée pendant le processus de la sonication, c’est mieux d’arrêter de sonication à toutes les 5 min et continuer la sonication après 1 min.</li>
	<li>Procédure Enduction centrifuge pour disperser WS2 NTs sur substrat.<ol>
<li>Démarrer la machine spin-coater et pompe à vide. Mettre un TR/SiO2 (3000 Å) substrat (1 x 1 cm) sur le centre du mandrin et le fixer par vide avec pompage de vitesse de 80 L/min et une pression finale de 20 kPa. Remarque : Il y a un trou situé au centre du mandrin raccordement à la pompe à vide, donc le substrat est fixé par pression sous vide (vitesse de pompage est de 80 L/min et pression finale est 20 kPa). La dépression peut être différente en fonction de la pompe.</li>
		<li>Définissez les paramètres appropriés de la procédure par panneau de configuration de la machine spin coater. Remarque : Il y a trois étapes lors de la procédure de l’enduction centrifuge : vitesse (1) lentement jusqu'à 500 tr/mn dans les 3 premiers s, (2) rapidement la vitesse jusqu'à 4000 tr/min et continuer pendant 50 s, (3) ralentir et arrêter spinning pour les 3 dernières s. Ces paramètres peuvent être différents selon l’utilisation de spin-coater.</li>
		<li>Mettre une goutte (environ 0,01 mL) de la suspension de la WS2 NT faite dans (1.1) par une pipette sur le substrat jusqu'à ce que le substrat est entièrement couvert par la suspension (si non, mettre plus de gouttelettes). Puis démarrer-Enduction centrifuge avec des paramètres pertinents dans (1.2.2).</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. préparation de lamelles minces sur substrat via la méthode du ruban adhésif scotch
<ol><li>Mettre un échantillon de petit vrac de WS2 (développé par mode de transport chimique en phase vapeur) sur le ruban scotch. Plier le ruban scotch et déplier lentement pour exfolier mécaniquement la mince couche de la masse. Répétez cette procédure pour plusieurs fois, jusqu'à ce que les échantillons exfoliées sont assez minces. NOTE : Figure 2 g et 2 h montrent la bande initiale avec petit échantillon en vrac de WS2 et la bande finale après de multiples procédures de pliage, respectivement.</li>
	<li>Coller le ruban adhésif sur le dessus du substrat à l’envers, appuyez légèrement sur le ruban adhésif et retirer délicatement le ruban du haut du substrat. Remarque : Après avoir enlevé le ruban, il y a de nombreux flocons minces à gauche sur le substrat.</li>
</ol>3. fabrication de dispositifs de lithographie à faisceau d’électrons.
<ol><li>Enduction centrifuge processus pour couvrir la résistance pour la lithographie par faisceau d’électrons.<ol>
<li>Suivez la même procédure d’enduction centrifuge décrits dans (1.2.1) et (1.2.2).</li>
		<li>Mettre une goutte (environ 0,04 mL) du polyméthacrylate de méthyle (PMMA) par une pipette sur le substrat jusqu'à ce que le substrat est entièrement recouvert de PMMA. Puis commencez à Enduction centrifuge procédure pour couvrir uniformément PMMA sur échantillon2 WS pour l’empêcher d’être exposé à l’air. Remarque : Le PMMA est l’un de la résiste pour lithographie à faisceau d’électrons.</li>
		<li>Après essorage-enduit, mettre le substrat sur plaque chauffante à 180 ° C et chauffer pendant 1 min. Remarque : Ces paramètres peuvent être différents selon les types de résister.</li>
	</ol></li>
	<li>Sélection de l’échantillon au microscope optique.<ol>
<li>Enclencher la microscopie optique et appareil photo. Mettre le substrat sur la scène.</li>
		<li>Déplacer la scène et analyser l’ensemble de la région du substrat avec bon grossissement (X 20) et Pendant ce temps, prélever des échantillons isolés avec la taille appropriée. Remarque : Au total, 6 à 10 échantillons isolés peuvent être sélectionnés généralement pour chaque substrat de 1 cm x 1 cm.</li>
		<li>Prendre des photos de chaque échantillon avec différent grossissement de 5 X, 20 X et 100 X. Ces photos sont utilisés pour identifier l’emplacement de chaque échantillon.</li>
	</ol></li>
	<li>Conception du modèle d’appareil à grande échelle.<ol>
<li>Activer le logiciel AutoCAD et charger le format du treillis de substrat. Insérer des photos prises (3.2) et d’identifier la taille et l’emplacement de chaque photo selon les marques sur le substrat.</li>
		<li>Insérer une grande place avec une longueur de 1200 µm et une petite place avec une longueur de 300 µm qui doit entourer chaque échantillon.</li>
		<li>Concevoir des modèles à grande échelle, y compris la porte, source, vidange et autres coussins sur la grande place à l’exception des structures fines près de l’échantillon. Conception de petites marques à proximité de l’échantillon d’identifier avec précision l’emplacement des échantillons dans le cours ultérieur de conception pour le modèle d’appareil à petite échelle.</li>
		<li>REPEAT (3.3.2) pour (3.3.3) pour chaque échantillon.</li>
		<li>Enregistrer les coordonnées du centre de chaque carré de grande et petite, respectivement.</li>
		<li>Supprimer les photos insérées, grandes et petites places et format de treillis de substrat, laissant seulement le conçu de grands motifs et les petites marques. Exporter des modèles de grandes et petites marques sous forme de fichiers dxf, respectivement.</li>
	</ol></li>
	<li>Première lithographie à faisceau d’électrons.<ol>
<li>Mettre le substrat sur la scène et fixez-le et insérez la scène dans la chambre principale de machine de lithographie par faisceau électronique.</li>
		<li>Activer le CEA (un programme pour générer un fichier utilisé dans le processus de faisceau d’électrons). Définir la taille de champ que 300 pour la lithographie de petites marques. Outil de dxf converter permet de transférer le fichier dxf au fichier de la cellule.</li>
		<li>Chargez le fichier cellule généré en (3.4.2), entrez le nom de fichier, identifier l’origine et identifier des points avec des coordonnées de petits carrés dans (3.3.5). Enfin, identifier les coordonnées d’un grand et les marques B et A minuscule et B marquent pour chaque point. Remarque : Le grand A et B les repères sont utilisés pour corriger la direction du stade, tandis que le petit A et B marques servent à identifier l’écart entre le modèle conçu et motif imprimé, au cours du processus de conception de modèle à petite échelle.</li>
		<li>Enregistrez le fichier en tant que fichier con et attendre que la pression à l’intérieur de la chambre principale est inférieure à 5 x 10-5 PA. NOTE : Parce que le faisceau d’électrons est de haute énergie (50 kV de tension d’accélération), la haute qualité du vide est nécessaire.</li>
		<li>Lorsque la pression de la chambre principale devient faible suffit pour le processus de lithographie par faisceau électronique, activer électron faisceau commande programme ESL-7500 et ensuite allumez le canon à électrons.</li>
		<li>Allumez le microscope électronique à balayage (SEM) et déplacez la scène à la position où le substrat est dans l’écran. Régler la luminosité, le contraste et mise au point.</li>
		<li>Ajuster l’angle de la scène en juger par la position relative des grande A et B marques conçus à l’origine sur le substrat jusqu'à ce que l’erreur de direction est négligeable au grossissement de 5000 X. Après avoir corrigé la direction de la scène, enregistrement d’une marque la position des grandes.</li>
		<li>Réglez l’amplitude du faisceau d’électrons pour la lithographie ; 100 pA est pour lithographie de petites marques. Déplacer la scène à la position pour le réglage d’amplitude et sélectionnez le mode spot pour la caméra, changer l’amplitude du faisceau d’électrons jusqu'à ce qu’elle atteigne 100 pA par ampèremètre. Après le réglage de l’amplitude du faisceau d’électrons, régler la luminosité, le contraste et mise au point.</li>
		<li>Fichier de con de charge enregistrée dans (3.4.4) dans le programme de la CEA. Définissez les paramètres pertinents : 2 s pour temps de dose et 300 pour la taille du champ. Enfin lancer l’exposition. Note : Temps de Dose peut être différent en fonction de la résistance.</li>
		<li>Retour à électron faisceau commande programme ESL-7500, valeur 5000 X de grossissement et déplacer la scène à la position recommandée du grand une marque. Confirmer la position du grand A et B marques.</li>
		<li>30000 X de grossissement de définir et confirmer la position du petit A et B marque pour la lithographie des premières petites marques conçu en (3.3.3). Remarque : La lithographie commence après que conforme petite marque et en prend plusieurs secondes.</li>
		<li>Après avoir terminé la lithographie, répétez cette procédure pour tous les échantillons. Lors de la dernière, a fermé le processus d’exposition et fermer le programme de la CEA.</li>
		<li>Suivez le même processus de (3.4.2) à (3.4.10) avec des paramètres différents pour la lithographie du grand modèle conçu en (3.3.3). Dans (3.4.2), définissez la taille du champ comme 1200. Dans (3.4.3), seulement identifier les coordonnées des grande A et B points, à l’exception des petit A et B, points. Dans (3.4.8), réglez l’amplitude du faisceau d’électrons comme 1000 pA pour la lithographie du grand patron. Dans (3.4.9), sélectionnez 1200 sur la taille du champ. Remarque : Après le processus de (3.4.10), la lithographie du grand patron commence et prend plusieurs heures.</li>
		<li>Après avoir terminé la lithographie du grand patron, déplacer la scène dans sa position initiale, éteindre le faisceau d’électrons et arrêter le processus d’exposition et le programme de la CEA. Ouvrir la chambre principale et retirer le substrat.</li>
	</ol></li>
	<li>Tout d’abord développer.<ol>
<li>Préparer une solution de méthyl isobutyl cétone (MIBK) et IPA avec le ratio de la MIBK : IPA = 1:3. Trempez le substrat dans la solution pendant 30 s et lavez-le en liquide de l’IPA et séchez-le avec un pistolet d’azote. NOTE : Développer le temps peut changer selon les conditions environnementales comme la température et l’humidité.</li>
		<li>Prendre des photos par microscopie optique pour chaque motif imprimé avec différent grossissement de 5 X, 20 X et 100 X.</li>
	</ol></li>
	<li>Conception du modèle d’appareil à petite échelle.<ol>
<li>Suivez le même processus (3.3). Dans (3.3.1), charger le schéma de treillis de support y compris les marques de petits conçus dans (3.3.3) et insérez les photos prises après le développement de la première. Remarque : La taille et l’emplacement de chaque photo dépend des marques petits conçus en (3.3.3), au lieu de marques sur le substrat.</li>
		<li>Concevoir la structure fine du modèle de périphérique avec la source, les égoutter et les autres électrodes en petits dés dans une configuration de bar du Hall, qui est relié au grand modèle imprimé. Après la conception de petits motifs pour tous les périphériques, enregistrer les coordonnées de petits carrés.</li>
		<li>Supprimer les photos insérées, petites places et le patron de substrat, laissant seulement les petits motifs conçus. Exporter le petit modèle en tant que fichier dxf.</li>
	</ol></li>
	<li>Deuxième lithographie à faisceau d’électrons.<ol>
<li>Suivez le même processus de (3.4.1) à (3.4.11) avec les mêmes paramètres pour la lithographie du petit modèle conçu en (3.6) ; Mettez 300 pour la taille du champ et choisissez 100 pA pour l’amplitude de faisceau d’électrons. Remarque : Le processus de lithographie prend quelques minutes pour chaque modèle de petit.</li>
		<li>Après la lithographie de petit modèle, déplacer la scène dans sa position initiale, éteindre le faisceau d’électrons, quitter le processus d’exposition et fermer le programme de la CEA. Ouvrir la chambre principale et retirer le substrat.</li>
	</ol></li>
	<li>Deuxième point.<ol>
<li>Suivez le même processus (3.5) avec en même temps que 30 s.</li>
		<li>Prendre des photos par microscopie optique pour chaque modèle avec différent grossissement de 5 X, 20 X et 100 X.</li>
	</ol></li>
</ol>4. dépôt des électrodes
<ol><li>Dépôt des électrodes en or.<ol>
<li>Difficulté du substrat sur le porte-substrat, mettre le porte-substrat sur la tige de transfert et l’insérer dans la chambre principale de l’évaporateur. Commencer à tourner le porte-substrat.</li>
		<li>Premier dépôt Cr de 5 nm de l’épaisseur de la couche d’adhérence. Lorsque la pression à l’intérieur de la chambre principale est inférieure à 10-4 Pa, allumez la source de haute tension.</li>
		<li>Augmenter le courant du canon à électrons soigneusement avec la tension d’accélération fixe de 4 kV, jusqu'à ce que le taux de dépôt mesuré par le moniteur de l’épaisseur devienne stable environ 0.5 Å/s (habituellement avant de s’évaporer Cr d’environ 5 nm).</li>
		<li>Ouvrir l’obturateur et le dépôt Cr jusqu'à ce qu’il atteigne 5 nm d’épaisseur. Fermer l’obturateur, lentement diminuer le courant du canon à électrons à zéro et éteignez la source de haute tension.</li>
		<li>Par la suite déposer d’épaisseur appropriée. Allumez la source de courant et augmentez lentement le courant jusqu'à 30 a. s’a évaporer en gardant le courant de 30 A, jusqu'à ce que le taux de dépôt mesuré par le moniteur de l’épaisseur devient stable environ 1 Å/s (habituellement avant de s’évaporer d’environ 10 nm).</li>
		<li>Ouvrir l’obturateur et commencer Au moment du dépôt. Après avoir atteint l’épaisseur prévue, fermer l’obturateur, lentement diminuer le courant à zéro et désactiver la source de courant. Remarque : Nous utilisons 60 nm de fines paillettes et 90 nm pour NT. L’épaisseur appropriée dépend de l’échantillon.</li>
		<li>Étant donné que le substrat est chauffé pendant le processus de dépôt, demeurent le substrat à l’intérieur de la chambre pendant 1 h afin de refroidir sa température à la température ambiante à proximité. Arrêter de pivoter le porte-substrat et sortez-le de la tige de transfert.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Dépôts de SiO2 couche de protection.<ol>
<li>Avec l’aide de la microscopie optique, couvrir les plaquettes et les électrodes de la porte par la bande. Remarque : En principe, seulement les structures fines des électrodes sont exposés à la couche de dépôt SiO2 pour la protection des électrodes contre la réaction chimique au cours de l’électrolyte de blocage.</li>
		<li>Suivez le même processus de (4.1.1) à (4.1.4) pour déposer les Cr de 5 nm de l’épaisseur de la couche d’adhérence.</li>
		<li>Par la suite suivez le même processus de (4.1.1) à (4.1.4) pour déposer le SiO2 de 20 nm d’épaisseur. Remarque : Le taux de dépôt de SiO2 est environ 1 Å/s, tandis que l’évaporation des SiO2 d’environ 10 nm.</li>
		<li>Refroidir le substrat à l’intérieur de la chambre pendant 1 h. Stop tourner le porte-substrat et sortez-le de la tige de transfert. Enlever le ruban en microscopie.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. achèvement du périphérique
<ol><li>Traçage de substrat.<ol>
<li>Activer le traçage machine et pompe à vide avec la vitesse de pompage de 50 L/min et une pression finale de 30 kPa. Difficulté du substrat sur la scène par chuck vide et ajuster l’angle et la position du substrat.</li>
		<li>Pour marquer le substrat en petits morceaux (habituellement environ 3 x 3 mm). Remarque : La taille de chaque pièce dépend de l’emplacement de chaque échantillon et le modèle conçu.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Décollage de l’appareil.<ol>
<li>Sélectionnez un périphérique et plongez-le dans l’acétone (concentration plus de 99,5 %) pendant 1 h à température ambiante pour enlever le PMMA redondants et l’or. Seulement les électrodes fabriquées sont laissés sur le substrat.</li>
		<li>Après le déjaugeage, laver le substrat par l’IAP et séchez-le avec un pistolet d’azote.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Fil-liaison.<ol>
<li>Allumez la machine fil-liaison. Difficulté le substrat sur le support de la puce via le ruban de pâte. Remarque : Dans le cas de2 NT WS, nous utilisons horizontal coiffe illustré à la Figure 2n.</li>
		<li>Avec l’aide de fil-liaison machine, connectez chaque coussinet de l’électrode et l’électrode de support de puce un par un avec un fil d’or.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Électrolyte gouttelette mettre.<ol>
<li>Mettre une goutte de l’électrolyte (moins de 0,5 µL) sur le dessus de l’appareil par une pince après trempage dans le liquide électrolytique. Remarque : La quantité d’électrolyte est très peu ; elle couvre la structure fine du dispositif et coussinet de porte mais évite couvrant les électrodes auto-adhésives. Nous utilisons l’électrolyte de KClO4 (plus de 99 % de concentration) dissous dans le polyéthylène glycol (PEG ; Mw = 600) avec un [K] : rapport entre [O] 01:20 selon la précédente publication38.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. mesures de transport
<ol><li>Fixer le porte-puce sur le porte-échantillon et mettez-le à l’intérieur de la chambre du système de mesure des propriétés physiques de la tige de transfert. La chambre de la pompe par le mode de vide élevé.</li>
	<li>Connectez le système de mesure, y compris les amplificateurs de lock-in, nano-voltmètre, compteur source et l’amplificateur. Appliquer un courant constant de l’alternatif (AC) avec la fréquence de 13 Hz pour effectuer les mesures AC-lock-in.</li>
	<li>Exécutez le programme Keysight VEE (programmes de mesure).</li>
	<li>Dans la mesure de la réponse de porte, lorsque la tension d’entrée est appliquée à l’électrolyte (i.e., entre source et porte électrodes), balayer la tension de la porte avec une vitesse de 50 mV/s à 300 K, sous condition de vide élevé pour réduire l’influence de l’air sur le performances de blocage.</li>
	<li>Dans la mesure de température de la résistance, tout d’abord refroidir à 200 K avec le taux de refroidissement de 1 K/min en état de vide élevé, puis modification à la condition de la He-purgés et garder refroidissement jusqu'à 10 K avec le taux de refroidissement de 1 K par minute. Quand la température est inférieure à 10 K, refroidir et réchauffer à raison de 0,2 K/min. Remarque : Dans l’état il a purgés, la conductance thermique et température résultante stabilité est mieux que ceux en état de vide élevé.</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Dans WS2 NTs et flocons, nous avons avec succès contrôlée les propriétés électriques par électrostatique ou transporteur chimique electro dopage.
Dans la région de dopage électrostatique, opération ambipolar transistor a été observée. Cette courbe de transfert ambipolar avec une haute marche/arrêt ratio (> 102) observées en biais faible tension indique le transporteur effectif dopage à l’interface de la technique de blocage électrolyte pour le réglage du niveau de Fermi d...

Contrôle le nombre de transporteurs est la technique clée pour réaliser la transition de phase quantique en solides1. Dans le transistor à effet de champ conventionnel (FET), elle est obtenue par utilisation de la porte solide1,2. Dans un tel dispositif, gradient de potentiel électrique est uniforme dans l’ensemble des matériaux diélectriques, alors que nombre de transporteur induite à l’interface est limité, illustré à la Figure 1 a.
En revanche, nous pouvons réaliser la plus forte densité de transporteur à l’interface ou en vrac en remplaçant les matériaux diélectriques solides avec des gels/liquides ioniques ou polymère électrolytes3,4,5,6, 7,8,9,10,11 (figure 1 b). Dans le dopage électrostatique par utilisation du liquide ionique, structure de transistor (EDLT) double couche électrique est formé à l’interface entre un liquide ionique et échantillon, générant un fort champ électrique (> 0,5 V/Å) même à basse tension de polarisation. Densité des porteurs élevées qui en résultent (> 1014 cm-2) induite à la cause de13 interface10,12,la transition de phase quantique ou de propriétés électronique nouvelle tels que ferromagnétisme induits par le champ-électrique14, Coulomb blocus15, transport ambipolar16,17,18,19,20, 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27, formation de la jonction p-n et qui en résulte electroluminance28,29,30, grande modulation de pouvoirs thermoélectriques31,32, onde de densité de charge et Mott transitions33,34,35, et induits par le champ-électrique isolant-métal de transition36,37 , y compris la supraconductivité induite par l’électrique-champ9 ,10,11,38,39,40,41,42,43,44 ,45,46,47,48,49.
Dans l’électrolyte Gate (Figure 1C), les ions ne sont pas seulement accumulées à l’interface pour former EDLT, mais peuvent être également intercalées dans les couches de matériaux bidimensionnels via diffusion thermique sans échantillon préjudiciable en vertu de l’application de la tension de la grande porte, conduisant à l’électrochimique dopage8,9,11,34,38,50,51,52,53 . Ainsi, nous pouvons modifier radicalement le numéro du transporteur contre le transistor à effet de champ conventionnel en utilisant le portail solid. En particulier, la supraconductivité induite par l’électrique-champ9,11,34,38,50 est réalisé par utilisation d’électrolyte Gate dans la région du grand transporteur numéro où nous ne pouvons pas accéder par la méthode conventionnelle de blocage solide.
Dans cet article, nous présentons cette technique unique de contrôle numéro transporteur dans des matières solides et le fonctionnement du transistor et supraconductivité induite par l’électrique-champ en semi-conducteurs WS2 échantillons tels que WS2 flocons et WS2 nanotubes54,55,56,57.

<table><tbody><tr><td>Machine à sonication</td><td>SND Co., Ltd.</td><td>US-2</td><td>http://www.senjyou.jp/</td></tr> <tr><td>Spin-coater machine</td><td>ACTIVE Co., Ltd.</td><td>ACT-300AII</td><td></td></tr><tr><td>http://www.acti-ve.co.jp/spincoater/standard/act300a2.html Plaque chauffante</td><td>TAIYO</td><td>HP131224</td><td>http://www.taiyo-kabu.co.jp/products/detail.php?product_id=431</td></tr><tr><td>Microscopie</td><td>optique OLYMPUS</td><td>BX51</td><td>https://www.olympus-ims.com/ja/microscope/bx51p/</td></tr> <tr><td>Electron Beam Lithography</td><td>Machine ELIONIX INC.</td><td>ELS-7500I</td><td>https://www.elionix.co.jp/index.html</td></tr><tr><td>Machine de traçage</td><td>TOKYO SEIMITSU CO., LTD.</td><td>A-WS-100A</td><td>http://www.accretech.jp/english/product/semicon/wms/aws100s.html</td></tr><tr><td>Machine à câbler</td><td>WEST&middot ; BOND&nbsp ;</td><td>7476D-79</td><td>https://www.hisol.jp/products/bonder/wire/mgb/b.html</td></tr><tr><td>Propriétés physiques Système de mesure</td><td>Quantum Design</td><td>PPMS</td><td>http://www.qdusa.com/products/ppms.html</td></tr><tr><td>Amplificateur à verrouillage</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SRS830</td><td>http://www.thinksrs.com/products/SR810830.htm</td></tr><tr><td>Source</td><td>mètre Textronix</td><td>KEITHLEY 2612A</td><td>http://www.tek.com/keithley-source-measure-units/smu-2600b-series-sourcemeter</td></tr><tr><td>KClO4</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>241830</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigald/241830?lang=ja&region=JP</td></tr><tr><td>PEG</td><td>WAKO</td><td>168-09075</td><td>http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspCode=W01W0116-0907</td></tr><tr><td>IPA</td><td>WAKO</td><td>169-28121</td><td>http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspWkfcode=169-28121</td></tr><tr><td>MIBK</td><td>WAKO</td><td>131-05645</td><td>http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspCode=W01W0113-0564</td></tr><tr><td>PMMA</td><td>MicroChem</td><td>PMMA</td><td>http://microchem.com/Prod-PMMA.htm</td></tr><tr><td>Acétone</td><td>WAKO</td><td>012-26821</td><td>http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspWkfcode=012-26821</td></tr></tbody></table>

contrôle de champ électrique des États électroniques dans ws2 nanodispositifs par électrolyte gate

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Une méthode de contrôle numéro transporteur par électrolyte Gate est démontrée. Nous avons obtenu WS2 flocons minces avec une surface plate atomiquement via la méthode du ruban adhésif scotch ou individuels WS2 nanotubes en dispersant la suspension de la WS2 nanotubes. Les échantillons sélectionnés ont été fabriquées dans des dispositifs par l’utilisation de la lithographie à faisceau d’électrons et électrolyte est mis sur les appareils. Nous avons caractérisé les propriétés électroniques des dispositifs en vertu de l’application de la tension de la porte. Dans la région de tension de petite porte, ions dans l’électrolyte sont accumulent à la surface des échantillons qui mène au grand électrique potentielle baisse et résultante électrostatique transporteur dopage à l’interface. Courbe de transfert ambipolar a été observé dans cette région de dopage électrostatique. Lorsque la tension de la porte est encore accrue, nous avons rencontré une autre augmentation drastique du courant de source-drain qui implique que les ions sont intercalées dans les couches de WS2 et électrochimique transporteur dopage est réalisé. Dans cette région de dopage électrochimique, la supraconductivité a été observée. La technique ciblée fournit une stratégie puissante pour réaliser la transition de phase quantique électrique déposée-induite.

Les opérations de transistor typique d’un WS2 NT individuel et un dispositifs de flocon WS2 sont présentées dans les figures 3 a et 3 b, respectivement, où la source drainent courant (j’aiDS) en fonction de la tension de grille (V G) fonctionne bien en mode ambipolar, montrant un contraste remarquable avec la réponse porte unipolaire de la FET fermée solide conventionnelle dans la...

Nous présentons ici un protocole pour contrôler le nombre de transporteurs dans les solides à l’aide de l’électrolyte.

Contrôle de champ électrique des États électroniques dans WS2 nanodispositifs par électrolyte Gate

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape ...

L’objectif global de cette procédure est d’utiliser le déclenchement d’électrolyte pour contrôler le nombre de porteurs et réaliser des transitions de phase quantiques induites par le champ électrique dans des transistors en disulfure de tungstène. Cette technique fournit une stratégie puissante pour réaliser des transitions de phase quantiques, y compris la supraconductivité induite par le champ électrique. Le principal avantage de cette technique est qu’un champ électrique puissant peut être généré même sous une faible tension de polarisation, induisant une grande densité de porteurs par dopage électrostatique ou électrochimique.Pour commencer à préparer la dispersion des nanotubes, combinez environ 0,8 milligramme de nanotubes de disulfure de tungstène avec huit millilitres d’alcool isopropylique. Sonicez le mélange pendant 20 minutes pour disperser la poudre de nanotubes dans l’alcool isopropylique. Pour éviter de chauffer la suspension, posez-la pendant une minute toutes les cinq minutes de sonication.Ensuite, allumez une essoreuse et sa pompe à vide attenante. Placez un substrat de silicium/dioxyde de silicium propre au centre du mandrin d’aspiration et fixez-le en place. Appliquez la suspension de nanotubes de disulfure de tungstène de 0,1 milligramme par millilitre sur le substrat en gouttes jusqu’à ce que la surface du substrat soit complètement recouverte.Essorez le substrat à 4 000 tr/min pendant 50 secondes. Pour commencer à préparer les flocons de disulfure de tungstène, placez un petit échantillon en vrac de disulfure de tungstène sur le côté adhésif du ruban adhésif sans silicone. Pliez et dépliez soigneusement le ruban pour exfolier mécaniquement une fine couche de disulfure de tungstène en vrac.Continuez à plier et à déplier le ruban jusqu’à ce que l’échantillon exfolié recouvre le ruban en une fine couche. Ensuite, appliquez doucement le ruban sur la face en dioxyde de silicium d’un substrat de silicium/dioxyde de silicium propre. Appliquez une légère pression sur le ruban pour transférer les flocons de disulfure de tungstène sur le substrat.Séparez soigneusement le ruban du substrat, en laissant la surface du substrat recouverte de fines paillettes de disulfure de tungstène. Pour commencer la fabrication du dispositif, placez un substrat de silicium/dioxyde de silicium recouvert de nanotubes de disulfure de tungstène ou de flocons minces au centre d’un mandrin à vide de spin-coater. Appliquez des gouttes de PMMA sur le substrat jusqu’à ce que sa surface soit couverte.Appliquez une couche de centriférage sur le substrat à 4 000 tr/min pendant 50 secondes pour enrober uniformément le substrat de PMMA, protégeant ainsi les nanotubes ou les flocons de disulfure de tungstène de l’exposition à l’air. Chauffez le substrat recouvert de PMMA à 180 degrés Celsius pendant une minute. Ensuite, placez le substrat sur la platine d’un microscope optique équipé d’une caméra.Inspectez le substrat à un grossissement de 20X et identifiez six à 10 échantillons isolés de disulfure de tungstène de taille appropriée. Prenez des photos de chaque échantillon isolé à un grossissement de 5X, 20X et 100X. Ensuite, ouvrez le logiciel de CAO et chargez le format de treillis de substrat.Importez les images des échantillons et déterminez la taille et l’emplacement de chaque image à partir des marques sur le substrat. Dessinez un carré de 1 200 micromètres et un carré de 300 micromètres autour de chaque échantillon. Concevez des modèles à grande échelle, y compris une porte, une source, un drain et d’autres coussinets dans chaque grand carré, à l’exclusion des structures fines à proximité des échantillons.Ajoutez des marques dans chaque petit carré pour une identification précise des emplacements des échantillons. Lorsque les motifs ont été conçus pour tous les échantillons, supprimez tous les motifs et les marques, à l’exception des motifs et des marques. Exportez les motifs et les marques sous forme de fichiers DXF.Ensuite, placez le substrat sur la platine d’échantillonnage d’un instrument de lithographie par faisceau d’électrons. Insérez l’étage d’échantillonnage dans la chambre principale et commencez à évacuer la chambre. Convertissez le fichier DXF des petites marques en fichier de cellule.Marquez le fichier pour la lithographie par faisceau d’électrons et enregistrez-le dans le format con pour l’instrument de lithographie par faisceau d’électrons. Une fois que la pression de la chambre principale est inférieure à cinq fois 10 à moins cinq pascals, ouvrez le logiciel de l’instrument et allumez le canon à électrons. Tracez le substrat avec les petites marques.Ensuite, galetez le substrat avec les motifs plus grands en utilisant le même processus. Une fois la lithographie terminée, éteignez le faisceau d’électrons et quittez le logiciel. Aérez la chambre principale et retirez le substrat à motifs.Développez le substrat en l’immergeant dans un mélange un à trois de méthylisobutylcétone et d’alcool isopropylique pendant 30 secondes. Lavez le substrat avec de l’alcool isopropylique et séchez le substrat développé avec un pistolet à azote. Prenez une autre série de photos de chaque échantillon à des grossissements de 5X, 20X et 100X.Importez les images dans un logiciel de CAO. Localisez les images à l’aide de petits marqueurs conçus. Ensuite, concevez la structure fine de l’appareil.Modélisez le substrat avec la lithographie par faisceau d’électrons, développez et séchez le substrat. Pour commencer le processus de dépôt d’électrode, fixez le substrat à motifs sur un support de substrat de dépôt en phase vapeur. Fixez le support de substrat à une tige de transfert et évacuez la chambre.Ensuite, insérez le substrat dans la chambre principale de l’évaporateur. Commencez à faire pivoter le support de substrat. Évacuez la chambre principale.Ouvrez l’obturateur et déposez cinq nanomètres de chrome comme couche d’adhérence initiale. Ensuite, augmentez le courant à 30 ampères. Évaporez l’or avec un taux de dépôt et une épaisseur appropriés.Fermez l’obturateur pour terminer la déposition. Réduisez lentement le courant à zéro et éteignez la source de courant. Ensuite, arrêtez la rotation du support de support.Laissez le substrat reposer dans la chambre pendant une heure pour qu’il refroidisse à température ambiante avant de le retirer. Ensuite, couvrez les pastilles et les électrodes de grille avec du ruban adhésif, en prenant soin d’exposer les structures fines de l’appareil. Déposez une couche de dioxyde de silicium de 20 nanomètres pour protéger les électrodes lors du déclenchement de l’électrolyte.Après le dépôt de l’électrode, séparez les dispositifs en coupant le substrat en petits morceaux. Plongez un appareil dans de l’acétone pendant une heure à température ambiante pour éliminer les résidus de PMMA et d’or. Ensuite, lavez l’appareil avec de l’alcool isopropylique et séchez-le avec un pistolet à azote.Fixez l’appareil sur un support de puce avec de la pâte d’argent conductrice. Reliez chaque électrode à une électrode sur le support de puce avec des fils dorés de 25 micromètres d’épaisseur. Ensuite, trempez une pince à épiler dans une solution d’électrolyte.Appliquez soigneusement l’électrolyte sur la structure fine de l’appareil et sur le tampon de grille sans couvrir les tampons d’électrode. Ensuite, fixez le support de puce sur le porte-échantillon du système de mesure. Utilisez la tige de transfert pour insérer le porte-échantillon dans le système.Évacuez la chambre dans des conditions de vide poussé. Utiliser un logiciel de mesure pour effectuer des mesures de transport. Des courbes de transfert ambipolaires ont été observées pour les dispositifs à nanotubes et à flocons de disulfure de tungstène.Le comportement ambipolaire était réversible et reproductible, suggérant que ces opérations résultaient d’un dopage électrostatique. Le courant de drain de source d’un dispositif à nanotubes de disulfure de tungstène a été examiné en fonction de la tension de grille et du temps d’attente. Le comportement initial de saturation indiquait un dopage électrostatique.Un dopage électrochimique a été observé à des tensions de grille plus élevées. L’augmentation spectaculaire du courant de drain de source lorsque la tension de grille a été maintenue à huit volts pendant plusieurs minutes a indiqué l’intercalation des ions potassium dans les couches de disulfure de tungstène sans endommager la structure cristalline. Une réponse de grille similaire a été observée pour les dispositifs à flocons de disulfure de tungstène.Le comportement de saturation s’est produit lorsque la tension de grille a été augmentée à six volts, mais aucun changement significatif de la densité de porteuse n’a été observé. Ce comportement était révélateur d’un dopage électrostatique. Le courant source-drain et la densité porteuse ont tous deux augmenté lorsque la tension de grille dépassait six volts, indiquant que l’intercalation s’était produite.Après le dopage électrochimique, les dispositifs à nanotubes de disulfure de tungstène et aux éclats ont montré une supraconductivité à basse température. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs en physique de la matière condensée et en science des matériaux pour explorer les transitions de phase électriques, y compris la supraconductivité induite par le champ électrique et les transitions de phase de structure dans une variété de matériaux. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’utiliser le contrôle de liquide ionique sur les solides pour le dopage électrostatique et électrochimique.

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