Une méthode fiable et Standard pour fabriquer deux dimensions nanoélectronique

Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la fabrication de dispositifs de matériaux 2D, liées aux techniques permettant de localiser avec précision des échantillons de matériaux 2D dans la préparation des étapes de fabrication ultérieures. Le principal avantage de cette technique est qu’elle est adaptée au développement de dispositifs à petite échelle, pour lesquels la recherche de l’emplacement des matériaux est plus difficile. Po-Chun Chen et Kristan, assistants de recherche et étudiants diplômés de mon laboratoire, feront la démonstration de la procédure.

Le processus de fabrication nécessite deux substrats préparés. Le premier est un dioxyde de silicium à grille arrière sur silicium avec des réseaux de tampons en titane et en métal doré. Le deuxième substrat est du saphir avec une couche déposée de disulfure de molybdène.

Apportez le substrat saphir avec le disulfure de molybdène à une machine à revêtir. Appliquez une couche de PMMA pour couvrir la partie supérieure du disulfure de molybdène à 3 500 tr/min pendant 30 secondes. Ensuite, déplacez l’échantillon sur une plaque chauffante et faites-le cuire à 120 degrés Celsius pendant trois minutes pour renforcer le revêtement en PMMA.

Ensuite, préparez 50 millilitres de solution d’ammoniac. Immergez l’échantillon pour séparer le disulfure de molybdène du substrat. Une fois le film séparé, retirez-le de la solution d’ammoniac.

Transférez le film de disulfure de molybdène sur le dioxyde de silicium sur le substrat de silicium. Pour améliorer l’adhérence, faites cuire l’échantillon à 120 degrés Celsius pendant au moins 30 minutes. Récupérez l’échantillon et placez-le dans 30 millilitres d’acétone.

Après environ 30 minutes, le PMMA sera retiré comme indiqué par un changement de couleur. Avant de continuer, rincez l’échantillon dans de l’alcool isopropylique et utilisez de l’azote pour le sécher. Maintenant, préparez-vous à effectuer une lithographie par faisceau d’électrons.

À l’aide d’un microscope optique, mesurez le déplacement entre les emplacements cibles et les marques d’alignement sur l’échantillon. Sur la base de ces mesures, concevez la disposition du modèle d’électrode métallique à l’aide d’un logiciel. Appliquez une couche de rotation Photo Resist sur le dessus de l’échantillon et assurez-vous qu’elle couvre l’intégralité de l’échantillon.

Passez à la cuisson molle de l’échantillon à 100 degrés Celsius pendant 90 secondes pour améliorer l’adhérence. Sur la machine de lithographie par faisceau d’électrons, téléchargez le dessin et positionnez l’échantillon. Les marques d’alignement dans le substrat de dioxyde de silicium doivent correspondre aux marques correspondantes dans la conception.

Exposez l’échantillon au faisceau d’électrons. Une fois terminé, apportez l’échantillon sur une plaque chauffante. Chauffez l’échantillon à 120 degrés Celsius pendant 90 secondes lors d’une cuisson post-exposition.

Ensuite, ayez un récipient de TMAH prêt comme révélateur et immergez l’échantillon pendant 80 secondes. Ensuite, lavez l’échantillon dans 200 millilitres d’eau déminéralisée pendant 10 secondes. Examinez l’échantillon à l’aide d’un microscope optique pour déterminer si le motif est bien développé.

S’il est bien développé, faites cuire l’échantillon à 110 degrés Celsius pendant 90 secondes. L’étape suivante consiste à utiliser un évaporateur à canon à électrons pour déposer 100 nanomètres d’or sur l’échantillon. Après le dépôt, travaillez à retirer la résine photo.

Pour dissoudre le Photo Resist, préparez 100 millilitres d’acétone. Immergez l’échantillon dans l’acétone pour effectuer le décollage. Surveillez le processus à l’aide d’un microscope optique et arrêtez-vous lorsqu’il ne reste que des lignes et des tampons métalliques.

Lors de la caractérisation, choisissez une source et une électrode de drainage parmi celles de l’appareil, puis utilisez un microscope à force anatomique pour appliquer une charge à l’échantillon. Ici, les X indiquent où les charges ont été appliquées. Les charges du microscope à force atomique entraînent une contrainte de compression sur l’appareil.

Voici les caractéristiques de tension de courant du dispositif au disulfure de molybdène à différentes forces appliquées produisant une déformation de compression. À une tension donnée, le courant de l’appareil diminue avec une augmentation de la force appliquée et vice versa, indiquant une modification de la résistance de l’appareil, un comportement attendu pour un capteur piézoélectrique. Ces données concernent la réponse actuelle du dispositif au disulfure de molybdène pour des déformations compressives répétées à une tension de polarisation fixe d’un volt.

Le courant de sortie change à peine avec l’application répétée de 10 nanonewtons de force appliquée, ce qui suggère que le capteur est stable. Une fois maîtrisée et exécutée correctement, cette technique peut être réalisée en 20 heures d’affilée, y compris la fabrication de tous les transistors. Après son développement, cette technique peut servir de plate-forme pour les futurs développements de nanodispositifs, car elle ouvre la voie à la production de futurs dispositifs avancés à l’échelle nanométrique.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de fabriquer de manière fiable des transistors 2D à grille arrière à l’aide de procédés de fabrication standard, y compris la lithographie par faisceau d’électrons et l’électrodéposition métallique. Bien que cette méthode permette de développer des dispositifs 2D à base de nanomatériaux, elle peut également être appliquée à des matériaux 1D. N’oubliez pas que travailler avec du TMAH, une solution d’ammoniac, du PMMA et d’autres photorésistances peut être extrêmement dangereux et qu’un équipement de protection individuelle doit toujours être porté lors de cette procédure.