מאמר שיטה

פקד שדה חשמלי של הברית אלקטרונית ב- WS Nanodevices2 מאת אלקטרוליט Gating

10.8K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/56862

⸱

12 באפריל 2018

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Quantum-Phase Electronics Center (QPEC) and Department of Applied Physics, The University of Tokyo, 2Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, 3Institute of Scientific and Industrial Research, Osaka University, 4Max Planck Institute for Solid State Research, 5RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)

במאמר זה

סיכום

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי לקבוע את מספר הספק במוצקים באמצעות האלקטרוליט.

תקציר

שיטת השליטה מספר הספק של gating אלקטרוליט הוא הפגין. לנו יש להשיג WS2 פתיתי דק עם משטח שטוח מאגרי באמצעות דבק שיטה או בודדים WS2 צינורות על ידי פיזור התליה של WS2 צינורות. הדגימות שנבחרו היה מפוברק לתוך מכשירים על ידי שימוש ליתוגרפיה קרן אלקטרונים, אלקטרוליט הוא לשים על המכשירים. אנחנו שאפיינו את מאפייני ההתקנים תחת החלת את המתח שער אלקטרונית. באזור מתח שער קטן, יונים של האלקטרוליט שנצברו על פני השטח של הדגימות אשר מוביל גדול חשמלי פוטנציאל טיפה ואת תוצאות אלקטרוסטטית המוביל סימום על הממשק. העברת ambipolar עקומה נצפתה באזור זה סימום אלקטרוסטטית. כאשר המתח השער הוא גדל עוד יותר, נפגשנו עלייה דרסטית נוספת של זרם המקור-סוחטים ממנה משתמע כי יונים הן intercalated לתוך שכבות של WS2 , הספק אלקטרוכימי סימום הוא הבין. באזור סימום אלקטרוכימי כזה, נצפתה מוליכות-. הטכניקה ממוקד מספק עוצמה אסטרטגיה להשגת של מעבר פאזה קוונטית חשמלי-הגיש-induced.

מבוא

שליטה של המספר המוביל היא הטכניקה המפתח למימוש של מעבר פאזה קוונטית מוצקים1. ב ה טרנזיסטור אפקט שדות קונבנציונלי (FET), היא מושגת על ידי שימוש של שער מוצק1,2. במכשיר כזה, הדרגתי פוטנציאל חשמלי הוא אחיד לאורך כל החומרים מבודד ולכן המספר המוביל המושרה על הממשק הוא מוגבל, המוצגת איור 1a.

מצד שני, ניתן להשיג את צפיפות הספק גבוהה יותר ממשק או בתפזורת על-ידי החלפת החומרים מבודד מוצק מוצקים יוניים/נוזלים או פולימר אלקטרוליטים3,4,5,6, 7,8,9,10,11 (איור 1b). ב להזרקות אלקטרוסטטית על ידי שימוש של הנוזל יוניים, נוצרת שכבה כפולה חשמלי טרנזיסטור (EDLT) מבנה בין נוזל יוניים, לדוגמה, יצירת שדה חשמלי חזק (> V 0.5/Å) אפילו במתח נמוך הסטייה. צפיפות הספק גבוהה הנובעת (>14 10 ס מ-2) המושרה על הגורם13 ממשק12,10,את הרומן אלקטרונית מאפיינים או קוונטית מעבר פאזה כגון פרומגנטיות חשמלי-שדה-induced14, קולון מצור על15, תחבורה ambipolar16,17,18,19,20, 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27, היווצרות צומת p-n ו- electroluminance תוצאות28,29,30, אפנון גדול של כוחות תרמואלקטרי31,32גובה גל הצפיפות ואת מוט המעברים33,34,35, מתכת מבודד חשמלי-שדה-induced שינוי מיגדרי36,37 כולל מוליכות חשמלית-שדה-induced9 ,10,11,38,39,40,41,42,43,44 ,45,46,47,48,49.

ב אלקטרוליט gating (איור 1 c), יונים לא רק צבר-הממשק לצורה EDLT, אבל יכול להיות intercalated גם לתוך שכבות של חומרים מימדי באמצעות דיפוזיה התרמי מבלי להזיק הדגימה תחת החלת את המתח שער גדול, שמוביל אלקטרוכימי סימום8,9,11,34,38,50,51,52,53 . לפיכך, אנחנו יכולים באופן דרסטי לשנות את המספר המוביל בהשוואה ה טרנזיסטור אפקט שדות קונבנציונלי באמצעות השער מוצק. בפרט, מוליכות חשמלית-שדה-induced9,11,34,38,50 ממומש על ידי השימוש אלקטרוליט gating באזור של הספק גדול המספר שבו לא נוכל לגשת על ידי השיטה המקובלת המגביל מוצק.

במאמר זה, נסקור טכניקה ייחודית זו השליטה מספר הספק מוצקים, סקירה כללית של טרנזיסטור מבצע של מוליכות חשמלית-שדה-induced ב- WS מוליכים למחצה2 דוגמאות כגון WS2 פתיתי WS2 צינוריות54,55,56,57.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. פיזור של WS 2 צינורות (NTs) על המצע

  1. פיזור אבקות2 NT WS לתוך אלכוהול איזופרופיל (IPA, ריכוז יותר מ 99.8%) עם יחס נאות מדולל (כ- 0.1 מ"ג/מ"ל) מאת sonication כעשרים דקות.
    הערה: sonication ותיק מסייעת להפוך WS2 NTs ונקות מושעה בנוזל IPA וכדי נפרד תקין בודדים WS2 NTs WS אמורפי2 בצורה אחידה או אחרים, כמו גם כדי להסיר את הזבל המצטבר על WS2 NTs השטח. איור 2b מראה התליה הסופי של WS2 NTs. מאז ההשעיה עשוי להיות מחומם במהלך תהליך sonication, עדיף להפסיק sonication-כל 5 דקות ולהמשיך sonication לאחר 1 דקות.
  2. נוהל ספין-ציפוי לפיזור WS2 NTs על סובסטרט.
    1. התחל ספין-coater המכונה, משאבת ואקום. לשים סי/SiO2 (3000 Å) המצע (1 ס"מ על 1 ס"מ) על המרכז של צ'אק, תיקון זה על-ידי ואקום עם שאיבה מהירות של 80 L/min ובלחץ האולטימטיבי של 20 kPa.
      הערה: יש חור ממוקם במרכז הצ'אק בהתחברות משאבת ואקום, ובכך המצע הוא קבוע על ידי לחץ ואקום (שאיבה מהירות הוא 80 L/min ולחץ האולטימטיבי הוא 20 kPa). הלחץ ואקום יכולה להיות שונה בהתאם המשאבה.
    2. להגדיר פרמטרים רלוונטיים של ההליך באמצעות לוח הבקרה של המכונה ספין-coater.
      הערה: ישנם שלושה שלבים במהלך ההליך ספין-ציפוי: (1) לאט מהירות עד 500 סל ד בתוך הראשון 3 s, (2) במהירות מהירות עד 4000 סל ד ולהמשיך עבור 50 s, תאט (3) ו להפסיק ספינינג 3 האחרון s. פרמטרים אלה יכולים להיות שונים בהתאם לשימוש של ספין-coater.
    3. . שים אחד droplet (בערך 0.01 מ ל) של ההשעיה של NT2 WS שנעשו (1.1) מאת פיפטה על גבי המצע עד המצע מכוסה על ידי התליה (אם לא, לשים טיפות יותר). אז התחל ספין-ציפוי עם הפרמטרים הרלוונטיים (1.2.2).

2. הכנת פתית דק על המצע באמצעות שיטת הסלוטייפ

  1. שים מדגם קטן בכמות גדולה של WS2 (מבוגרים באמצעות שיטת הובלה אדים כימיים) על סרט דביק. את הסלוטייפ וללא קיפול לאט כדי מכנית נוגד את שכבה דקה של הנפח. חזור על הליך זה עבור מספר פעמים, עד הדגימות exfoliated רזה מספיק.
    הערה: איור 2 g ו- 2 h מראים ההדבקה הראשונית עם נפח קטן, דוגמאות WS2 בקלטת הסופי לאחר מספר הליכים מתקפלים, בהתאמה.
  2. להדביק את הסלוטייפ בראש המצע הפוך מעט את הקלטת ואת הסר בזהירות את הקלטת מהחלק העליון של המצע.
    הערה: לאחר הסרת את הקלטת, ישנם רבים פתיתים דקים השאיר על המצע.

3. התקן פבריקציה נוספת על ידי ליתוגרפיה קרן אלקטרונים.

  1. תהליך ציפוי ספין כדי לכסות את להתנגד עבור ליתוגרפיה קרן אלקטרונים.
    1. בצע את ההליך ספין-ציפוי המתואר (1.2.1) (1.2.2).
    2. שים droplet אחד (כ 0.04 מ ל) של polymethyl methacrylate (PMMA) על ידי פיפטה על גבי המצע עד המצע מכוסה על ידי PMMA. אז להתחיל הליך ספין-ציפוי לכסות בצורה אחידה PMMA-WS הדגימה2 כדי למנוע את חשיפת באוויר.
      הערה: PMMA הוא אחד מתנגד עבור ליתוגרפיה קרן אלקטרונים.
    3. לאחר ציפוי ספין, לשים את המצע על כיריים ב 180 מעלות צלזיוס וחום זה עבור 1 דקות.
      הערה: הפרמטרים האלו יכולות להיות שונות בהתאם להתנגד סוגים.
  2. מבחר דוגמאות על ידי מיקרוסקופ אופטי.
    1. התחל את מיקרוסקופ אופטי ומצלמה. לשים את המצע על הבמה.
    2. לעבור שלב, לסרוק את כל האזור של המצע עם הגדלה תקין (20 X) ולבחור בינתיים, דגימות מבודד עם גודל מתאים.
      הערה: בסך הכל, 6 עד 10 דוגמאות מבודדים ניתן בדרך כלל לבחור לכל סובסטרט של 1 ס"מ על 1 ס"מ.
    3. לצלם תמונות של כל מדגם שנבחרו עם הגדלה שונות של 5 X, 20 X 100 X. התמונות האלה משמשים כדי לזהות את המיקום של כל דגימה.
  3. העיצוב של התבנית המכשיר בקנה מידה גדול.
    1. הפעל את תוכנת AutoCAD, וטען את הפורמט של המצע סריג. הוספת תמונות שצולמו ב (3.2), לזהות את הגודל והמיקום של כל תמונה בהתאם לסימנים על המצע.
    2. הכנס ריבוע גדול עם אורך של 1200 מיקרומטר, כיכר קטנה באורך של 300 מיקרומטר אשר צריכים להקיף כל דגימה.
    3. תבניות עיצוב בקנה מידה גדול כולל שער, מקור, ניקוז של רפידות אחרים בכיכר גדולה חוץ ומבנים ליד המדגם. עיצוב סימני קטן סמוך לדוגמה כדי לזהות במדויק את המיקום של הדגימות בתהליך מאוחר יותר של עיצוב עבור התבנית המכשיר בקנה מידה קטן.
    4. חזור על (3.3.2) כדי (3.3.3) עבור כל דגימה.
    5. להקליט את הקואורדינטות של מרכז כל ריבוע קטן כגדול, בהתאמה.
    6. מחק תמונות שנוספו, ריבועים קטנים וגדולים ועיצוב המצע סריג, להשאיר רק את דפוסי גדול מעוצב ואת סימני קטן. לייצא תבניות גדולות, סימנים קטנים כמו קבצי dxf, בהתאמה.
  4. ליתוגרפיה הראשונה של קרן אלקטרונים.
    1. לשים את המצע על הבמה, לתקן את זה והוסף את הבמה אל החדר המרכזי של המכונה ליתוגרפיה קרן אלקטרונים.
    2. הפעל תוכנית ECA (תוכנית ליצירת קובץ המשמש בתהליך קרן אלקטרונים). הגדר גודל שדה 300 ליתוגרפיה של סימני קטן. השתמש בכלי של dxf ממיר להעביר קובץ dxf לקובץ התא.
    3. לטעון את הקובץ תא המופקים (3.4.2), הזן את שם הקובץ, לזהות את המקור, לזהות נקודות עם נקודות הציון של ריבועים קטנים שמצוין (3.3.5). לבסוף, לזהות את נקודות הציון של A גדול וסימון סימני B ו קטנה A ו- B עבור כל נקודה.
      הערה: גדול A ו- B סימני משמשים כדי לתקן את הכיוון של הבמה, בעוד קטנה A ו- B סימני משמשים לזיהוי ההתאמה בין תבנית מעוצבת, התבנית המודפסת, במהלך התהליך של עיצוב דפוס בקנה מידה קטן.
    4. שמור את הקובץ כקובץ קון ולחכות עד הלחץ בתוך החדר העיקרי הוא נמוך יותר מאשר 5 x 10-5 הפלסטינית.
      הערה: מכיוון כשקרן האלקטרונים הוא אנרגיה גבוהה (50 kV מתח מאיץ), איכות גבוהה של ואקום נדרש.
    5. כאשר הלחץ של הראשי הופך נמוך מספיק עבור התהליך ליתוגרפיה קרן אלקטרונים, להפעיל תוכנית שליטה קרן אלקטרונים ESL-7500, לאחר מכן להפעיל את תותח אלקטרונים.
    6. הפעלת מיקרוסקופ אלקטרונים סריקה (SEM) ולהעביר את הבמה למיקום איפה המצע במסך. כוונן את הבהירות, הניגודיות, ולהתרכז.
    7. להתאים את הזווית של הבמה, לפי המיקום היחסי של גדולים A ו- B סימני תוכנן במקור על המצע עד השגיאה של כיוון היא זניחה בהגדלה של 5000 X. לאחר תיקון לכיוון הבמה, לרשום המיקום של הגדול סימן.
    8. הגדר את משרעת של אלומת אלקטרונים עבור הדפס אבן; הרשות הפלסטינית 100 מיועד ליתוגרפיה סימנים קטנים. העבר את הבמה למצב לכוונון משרעת לבחור את מצב המצלמה ספוט, לשנות את משרעת של קרן אלקטרונים, עד שהוא מגיע 100 הרשות הפלסטינית על ידי מד אמפר. לאחר הגדרת את משרעת של קרן אלקטרונים, כוונן את הבהירות, הניגודיות, ולהתרכז.
    9. לטעון קון הקובץ ב (3.4.4) בתוכנית ECA. הגדר פרמטרים רלוונטיים: 2 s עבור זמן במינון 300 עבור גודל שדה. סוף סוף להתחיל את תהליך חשיפה.
      הערה: הזמן המינון יכול להיות שונה בהתאם להתנגד.
    10. לחזור תוכנית שליטה קרן אלקטרונים ESL-7500, להגדיר 5000 X של הגדלה, להזיז הבמה לעמדה רשום של הגדול סימן. לאשר את המיקום של גדולים A ו- B סימני.
    11. הגדר 30000 X של ההגדלה ולאשר המיקום של קטן A ו- B. הסימנים ליתוגרפיה של הסימנים קטן הראשון בעיצוב (3.3.3).
      הערה: הדפס אבן מתחיל לאחר שניבנו קטן מסמן, לוקח מספר שניות.
    12. לאחר שסיים את ליתוגרפיה, חזור על הליך זה עבור כל הדגימות. בסופו דבר, להפסיק את תהליך חשיפה וסגור את התוכנית ECA.
    13. מבצעים תהליך זהה מ (3.4.2) כדי (3.4.10) עם פרמטרים שונים עבור ליתוגרפיה של התבנית גדולה בעיצוב (3.3.3). (3.4.2), הגדר את גודל שדה כמו 1200. ב (3.4.3), רק לזהות את נקודות הציון של גדולים A ו- B מסמן פרט קטן A ו- B סימני. (3.4.8), הגדר את משרעת של קרן אלקטרונים כמו 1000 הרשות עבור ליתוגרפיה של התבנית גדולים. (3.4.9), בחר 1200 של גודל שדה.
      הערה: לאחר התהליך (3.4.10), ליתוגרפיה של התבנית גדול מתחיל ולוקח כמה שעות.
    14. לאחר שסיים את ליתוגרפיה של דפוס גדולים, העבר את הבמה למצב המקורי, לבטל את קרן אלקטרונים, להפסיק את תהליך החשיפה ואת התוכנית ECA. פתח את התא הראשי, להוציא את המצע.
  5. ראשית פיתוח.
    1. להפוך את פתרון של מתיל איזובוטיל קטון (MIBK) ו IPA עם היחס של MIBK: IPA = 1:3. טובלים את המצע של הפתרון עבור 30 s, על ידי נוזל IPA ולשטוף אותו לייבש אותו על ידי ברובה החנקן.
      הערה: פיתוח הזמן עשויים להשתנות בהתאם לתנאי הסביבה כגון טמפרטורה ולחות.
    2. לצלם תמונות על ידי מיקרוסקופ אופטי עבור כל התבנית המודפסת עם הגדלה שונות של 5 X, 20 X 100 X.
  6. עיצוב בדגם המכשיר בקנה מידה קטן.
    1. בצע את אותו תהליך תוך (3.3). ב (3.3.1), לטעון את התבנית של סריג המצע כולל סימוני קטן מעוצב ב (3.3.3), להוסיף תמונות שצולמו לאחר פיתוח הראשון.
      הערה: הגודל והמיקום של כל תמונה תלוי הסימנים קטן בעיצוב (3.3.3), במקום סימני על המצע.
    2. עיצוב המבנה קנס של התקן דפוס עם המקור, ניקוז ואלקטרודות אחרים בריבועים קטנים בתצורת בר הול, אשר מחובר את התבנית המודפסת גדולות. לאחר עיצוב דפוסי קטן עבור כל ההתקנים, להקליט את הקואורדינטות של ריבועים קטנים.
    3. מחק תמונות שנוספו, ריבועים קטנים, וכל דפוס המצע, להשאיר רק את דפוסי קטן מעוצב. ייצוא תבנית קטנה כמו קובץ dxf.
  7. ליתוגרפיה השני של קרן אלקטרונים.
    1. בצע את התהליך אותו מן (3.4.1) (3.4.11) באותם הפרמטרים עבור ליתוגרפיה של התבנית קטן בעיצוב (3.6); להגדיר 300 עבור גודל שדה ובחר הרשות 100 עבור משרעת של קרן אלקטרונים.
      הערה: תהליך ליתוגרפיה לוקח מספר דקות עד לכל דפוס קטן.
    2. לאחר לליטוגרפיה של דפוס קטן, העבר את הבמה למצב המקורי, לבטל את קרן אלקטרונים, להפסיק את תהליך חשיפה, לסגור את התוכנית ECA. פתח את התא הראשי, להוציא את המצע.
  8. שנית פיתוח.
    1. מבצעים תהליך זהה ב (3.5) עם הזמן לפתח אותו 30 s.
    2. לצלם תמונות על ידי מיקרוסקופ אופטי עבור כל תבנית עם הגדלה שונות של 5 X, 20 X 100 X.

4. בתצהיר של אלקטרודות

  1. בתצהיר של אלקטרודות זהב.
    1. לתקן את המצע על המצע מחזיק שם המחזיק המצע על העברת רוד, להכניס אותו לתוך התא הראשי של המאייד. להתחיל סיבוב המחזיק המצע.
    2. תחילה להפקיד Cr 5 ננומטר בעובי כמו השכבה אדהזיה. כאשר הלחץ בתוך החדר הראשי הופך פחות מ-10-4 הרשות הפלסטינית, הפעל את מקור מתח גבוה.
    3. להגביר את הזרם של תותח אלקטרונים בזהירות עם המתח מאיץ קבוע של 4 kV, עד שער depositing נמדדת עובי המסך הופך יציב על Å 0.5/s (בדרך כלל מראש להתאדות Cr של בערך 5 ננומטר).
    4. פתח הצמצם, להפקיד Cr עד שהוא מגיע 5 ננומטר בעובי. לסגור את התריס לאט להקטין את הזרם של תותח אלקטרונים לאפס, כבה את מקור מתח גבוה.
    5. לאחר מכן להפקיד Au של עובי המתאים. מקור הנוכחי וקביעת לאט להגביר את הזרם עד 30 א Evaporate Au על ידי שמירה על הזרם של 30 א', עד שער depositing נמדדת עובי המסך הופך יציב כ 1 Å/s (בדרך כלל מראש להתאדות Au של בערך 10 ננומטר).
    6. לפתוח את התריס ולהתחיל הפקדת Au. כשמגיעים העובי המיועד, לסגור את התריס לאט להקטין את הזרם לאפס, לבטל את מקור הנוכחי.
      הערה: אנו משתמשים 60 ננומטר פתית דק ו 90 ננומטר ל- NT. העובי המתאים הוא בהתאם הדגימה.
    7. מאז המצע הוא התחמם בתהליך דפוזיציה, נשארים המצע בתוך החדר מאובטח על מנת לקרר את הטמפרטורה שלו עד סמוך לטמפרטורת החדר. לעצור סיבוב המחזיק המצע, תוציא את זה על-ידי העברת רוד.
  2. בתצהיר של שכבת ההגנה2 SiO.
    1. בעזרת מיקרוסקופ אופטי, לכסות את רפידות האלקטרודות שער על ידי הקלטת.
      הערה: באופן עקרוני, רק המבנים המרשימים של אלקטרודות חשופים לשכבה הפיקדון SiO2 להגנה על אלקטרודות נגד התגובה הכימית במהלך gating אלקטרוליט.
    2. בצע את אותו תהליך מ (4.1.1) עד (4.1.4) להפקיד Cr 5 ננומטר בעובי כשכבת אדהזיה.
    3. לאחר מכן בצע את אותו תהליך מ (4.1.1) עד (4.1.4) להפקיד SiO2 של 20 ננומטר בעובי.
      הערה: שיעור depositing SiO2 הוא כ 1 Å/s, בעוד מראש מתאדים SiO2 של בערך 10 ננומטר.
    4. לקרר את המצע בתוך החדר עבור ה 1 עצור סיבוב המחזיק המצע, תוציא את זה על ידי מוט העברה. הוצא את הקלטת תחת מיקרוסקופ.

5. סיום של המכשיר

  1. המצע הרכבה יישור.
    1. הפעל את המחשב ואת משאבת ואקום עם מהירות השאיבה של 50 ליטר/דקה ולחץ האולטימטיבי של 30 kPa scribing. לתקן את המצע על הבמה על-ידי צ'אק ואקום ולהתאים את הזווית ואת המיקום של המצע.
    2. Scribe המצע לחתיכות קטנות (בדרך כלל 3 מ"מ x 3 מ"מ).
      הערה: גודל כל פיסת הוא בהתאם מיקום כל מדגם שנבחרו ואת התבנית מעוצב.
  2. התקן ההמראה.
    1. בחר התקן אחד, לטבול אותו לתוך אצטון (ריכוז יותר מאשר 99.5%) לשעה בטמפרטורת החדר, כדי להסיר את PMMA של זהב. רק מפוברק האלקטרודות נשארו על סובסטרט.
    2. לאחר תהליך ההמראה, לשטוף את המצע על ידי IPA, לייבש אותו על ידי ברובה החנקן.
  3. חוט-צמד.
    1. הפעל את המכונה שטני של חוט. לתקן המצע על השבב-נושאת באמצעות נכספת הדבק.
      הערה: במקרה2 NT WS, אנו משתמשים מסובב אופקי שמוצג באיור 2n.
    2. בעזרת מכונת חוט-מליטה, להתחבר לכל משטח אלקטרודה אלקטרודה נושאת שבב אחד עם חוט זהב.
  4. אלקטרוליט droplet שם.
    1. לשים טיפונת של אלקטרוליט (µL פחות מ 0.5) על ראש המכשיר על ידי פינצטה לאחר טובלים בתוך הנוזל אלקטרוליט.
      הערה: כמות אלקטרוליט הוא קטן מאוד; זה מכסה את המבנה הדק של התקן, פד שער אבל מונע המכסים את רפידות אלקטרודה. אנו משתמשים האלקטרוליט KClO4 (ריכוז יותר מאשר 99%) מומס פוליאתילן גליקול (PEG; Mw = 600) עם [ק]: [O] יחס של 1:20 לפי הפרסום הקודם38.

6. התחבורה מדידות

  1. לתקן את השבב-המוביל את המחזיק לדוגמה, לשים בתוך התא של שיטת מדידה של תכונות פיזיקליות על ידי מוט העברה. משאבה התא על-ידי מצב ואקום גבוה.
  2. חבר מערכת מדידה כולל מגברים הנעילה, ננו-מד מתח, מקור מטר של מגבר. להחיל על קבוע חילופין (AC) עם התדר של 13 הרץ כדי לבצע את המדידות AC-lock-אין.
  3. הפעל את התוכנית Keysight וי (תוכניות מדידה).
  4. במדידת שער תגובה, כאשר המתח שער מוחל האלקטרוליט (כלומר., בין מקור שער אלקטרודות), לטאטא את המתח שער עם מהירות של mV 50/s-300 אלף, בתנאי ואקום גבוה כדי להפחית את ההשפעה של האוויר על ביצועים חסימה.
  5. במדידת טמפרטורה התלות של התנגדות, תחילה בסדר עד 200 אלף עם קצב קירור 1 ג לדקה במצב high-ואקום, לשנות התנאי הוא טיהר וגם לשמור על קירור עד 10 K עם קצב קירור 1 ג/min. כאשר הטמפרטורה נמוכה יותר מאשר 10 K, לקרר, להתחמם עם הקצב של 0.2 K/min.
    הערה: התנאי הוא טיהר מוליכות תרמית, הטמפרטורה הנובעת יציבות הוא טוב יותר מאשר אלה במצב high-ואקום.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

הפעולות טרנזיסטור טיפוסי של NT2 בודדים של WS והתקנים של WS2 פתית מוצגים באיור 3a ו- 3b, בהתאמה, היכן המקור ניקוז הנוכחי (אניDS) כפונקציה של המתח שער (V G) יפה פועלת במצב ambipolar, מציג ניגוד מדהים על התגובה unipolar שער FET מגודרת מוצק המקובלת מאת הפרסום הקודם58. בהתחשב ש-ambipolar ההתנהגות היא הפיכה, הדיר, פעולות אלה טרנזיסטור סביר עקב להזרקות אלקטרוסטטית...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

WS2 NTs והן פתיתים, לנו יש בהצלחה בשליטת המאפיינים חשמלי אלקטרוסטטי או אלקטרו כימי נושא סמים בספורט.

באזור סימום אלקטרוסטטית, נצפתה טרנזיסטור ambipolar מבצע. עיקול העברה ambipolar כזה עם גבוה/ביטול יחס (> 102) נצפתה ב הטיה נמוך מתח מציין המוביל יעיל סמים בספורט-הממשק של טכניקה המגביל אלקטרוליט כוונון רמת פרמי של מערכות אלו.

אמנם שיטה זו היא בתור יתרון עבור כוונון כמות גדולה של המוביל במספר הטיה שער קטן לעומת השיטה המקובלת המגביל מוצק, יש מספר מ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים אין לחשוף.

תודות

אנו להכיר שהבאות כספי תמיכה; מענק הסיוע עבור קידום מיוחד מחקר (לא 25000003) מ- JSPS, מענק הסיוע עבור מחקר סטארט-אפ פעילות (No.15H06133) וחקר מאתגר (גישוש) (לא. JP17K18748) מן MEXT של יפן.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מכונת סוניקציהSND ושות', בע"מUS-2http://www.senjyou.jp/
מכונת ציפוי ספיןACTIVE ושות', בע"מACT-300AIIhttp://www.acti-ve.co.jp/spincoater/standard/act300a2.html
פלטה חמהTAIYOHP131224http://www.taiyo-kabu.co.jp/products/detail.php?product_id=431
מיקרוסקופיה אופטיתOLYMPUSBX51
https://www.olympus-ims.com/ja/microscope/bx51p/ מכונת ליתוגרפיה של קרן אלקטרוניםELIONIX INC.ELS-7500I
מכונת שרבוטTOKYO SEIMITSU CO., LTD.A-WS-100A
http://www.accretech.jp/english/product/semicon/wms/aws100s.html מכונת הדבקת חוטיםWEST· אג"ח 7476D-79
https://www.hisol.jp/products/bonder/wire/mgb/b.html מערכת מדידת מאפיינים פיזיקלייםעיצוב קוונטיPPMSמגבר
נעילה http://www.qdusa.com/products/ppms.htmlסטנפורד מערכות מחקרSRS830מד
מקורhttp://www.thinksrs.com/products/SR810830.htm TextronixKEITHLEY 2612Ahttp://www.tek.com/keithley-source-measure-units/smu-2600b-series-sourcemeter
KClO4Sigma-Aldrich241830http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigald/241830?lang=ja®ion=JP
PEGWAKO168-09075http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspCode=W01W0116-0907
IPAWAKO169-28121http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspWkfcode=169-28121
MIBKWAKO131-05645
http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspCode=W01W0113-0564 PMMAMicroChemPMMAhttp://microchem.com/Prod-PMMA.htm
אצטוןWAKO012-26821http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspWkfcode=012-26821
https://www.elionix.co.jp/index.html

מקורות

  1. Ahn, C. H., et al. Electrostatic modification of novel materials. Rev. Mod. Phys. 78, 1185-1212 (2006).
  2. Ahn, C. H., Triscone, J. M., Mannhart, J. Electric field effect in correlated oxide systems. Nature. 424, 1015-1018 (2003).
  3. Panzer, M. J., Frisbie, C. D. Polymer Electrolyte Gate Dielectric Reveals Finite Windows of High Conductivity in Organic Thin Film Transistors at High Charge Carrier Densities. J. Am. Chem. Soc. 127, 6960-6961 (2005).
  4. Panzer, M. J., Frisbie, C. D. High charge carrier densities and conductance maxima in single-crystal organic field-effect transistors with a polymer electrolyte gate dielectric. Appl. Phys. Lett. 88, 203504(2006).
  5. Misra, R., McCarthy, M., Hebard, A. F. Electric field gating with ionic liquids. Appl. Phys. Lett. 90, 052905(2007).
  6. Ono, S., Seki, S., Hirahara, R., Tominari, Y., Takeya, J. High-mobility, low-power, and fast-switching organic field-effect transistors with ionic liquids. Appl. Phys. Lett. 92, 103313(2008).
  7. Lee, J., Panzer, M. J., He, Y., Lodge, T. P., Frisbie, C. D. Ion Gel Gated Polymer Thin-Film Transistors. J. Am. Chem. Soc. 129, 4532-4533 (2007).
  8. Fujimoto, T., Awaga, K. Electric-double-layer field-effect transistors with ionic liquids. Phys. Chem. Chem. Phys. 15, 8983-9006 (2013).
  9. Du, H., Lin, X., Xu, Z., Chu, D. Electric double-layer transistors: a review of recent progress. J. Mater. Sci. 50, 5641-5673 (2015).
  10. Ueno, K., et al. Field-induced superconductivity in electric double layer transistors. J. Phys. Soc. Jpn. 83, 032001(2014).
  11. Bisri, S. Z., Shimizu, S., Nakano, M., Iwasa, Y. Endeavor of Iontronics: From Fundamentals to Applications of Ion-Controlled Electronics. Adv. Mater. 29, 1607054(2017).
  12. Yuan, H. T., et al. High-density carrier accumulation in ZnO field-effect transistors gated by electric double layers of ionic liquids. Adv. Funct. Mater. 19, 1046-1053 (2009).
  13. Yuan, H., et al. Zeeman-type spin splitting controlled by an electric field. Nat Phys. 9, 563-569 (2013).
  14. Yamada, Y., et al. Electrically induced ferromagnetism at room temperature in cobalt-doped titanium dioxide. Science. 332, 1065-1067 (2011).
  15. Shibata, K., et al. Large modulation of zero-dimensional electronic states in quantum dots by electric-double-layer gating. Nat Commun. 4, 2664(2013).
  16. Krüger, M., Buitelaar, M. R., Nussbaumer, T., Schönenbergera, C. Electrochemical carbon nanotube field-effect transistor. Appl. Phys. Lett. 78, 1291(2001).
  17. Rosenblatt, S., Yaish, Y., Park, J., Gore, J., Sazonova, V., McEuen, P. L. High Performance Electrolyte Gated Carbon Nanotube Transistors. Nano Lett. 2, 869-872 (2002).
  18. Yuan, H. T., et al. Liquid-gated ambipolar transport in ultrathin films of a topological insulator Bi2Te3. Nano Lett. 11, 2601-2605 (2011).
  19. Zhang, Y., Ye, J., Matsuhashi, Y., Iwasa, Y. Ambipolar MoS2 thin flake transistor. Nano Lett. 12, 1136-1140 (2012).
  20. Braga, D., et al. Quantitative determination of the band gap of WS2 with ambipolar ionic liquid-gated transistors. Nano lett. 12, 5218-5223 (2012).
  21. Saito, Y., Iwasa, Y. Ambipolar insulator-to-metal transition in black phosphorus by ionic-liquid gating. ACS Nano. 9, 3192-3198 (2015).
  22. Sugahara, M., et al. Ambipolar transistors based on random networks of WS2 nanotubes. Appl. Phys. Express. 9, 075001(2016).
  23. Kang, M. S., Lee, J., Norris, D. J., Frisbie, C. D. High Carrier Densities Achieved at Low Voltages in Ambipolar PbSe Nanocrystal Thin-Film Transistors. Nano Lett. 9, 3848-3852 (2009).
  24. Bisri, S. Z., et al. Low Driving Voltage and High Mobility Ambipolar Field-Effect Transistors with PbS Colloidal Nanocrystals. Adv. Mater. 25, 4309-4314 (2013).
  25. Dasgupta, S., et al. Printed and Electrochemically Gated, High-Mobility, Inorganic Oxide Nanoparticle FETs and Their Suitability for High-Frequency Applications. Adv. Funct. Mater. 22, 4909-4919 (2012).
  26. Thiemann, S., Gruber, M., Lokteva, I., Hirschmann, J., Halik, M., Zaumseil, J. High-Mobility ZnO Nanorod Field-Effect Transistors by Self-Alignment and Electrolyte-Gating. Acs Appl Mater Inter. 5, 1656-1662 (2013).
  27. Wong, A. T., et al. Impact of gate geometry on ionic liquid gated ionotronic systems. APL Mater. 5, 042501(2017).
  28. Zhang, Y. J., Oka, T., Suzuki, R., Ye, J. T., Iwasa, Y. Electrically switchable chiral light-emitting transistor. Science. 344, 725-728 (2014).
  29. Zhang, Y. J., Yoshida, M., Suzuki, R., Iwasa, Y. 2D crystals of transition metal dichalcogenide and their iontronic functionalities. 2D Materials. 2, 044004(2015).
  30. Onga, M., Zhang, Y. J., Suzuki, R., Iwasa, Y. High circular polarization in electroluminescence from MoSe2. Appl Phys Lett. 108, 073107(2016).
  31. Yoshida, M., et al. Gate-optimized thermoelectric power factor in ultrathin WSe2 single crystals. Nano Lett. 16, 2061-2065 (2016).
  32. Saito, Y., et al. Gate-tuned thermoelectric power in black phosphorus. Nano Lett. 16, 4819-4824 (2016).
  33. Yoshida, M., et al. Controlling charge-density-wave states in nano-thick crystals of 1T-TaS2. Sci. Rep. 4, 7302(2014).
  34. Yu, Y., et al. Gate-tunable phase transitions in thin flakes of 1T-TaS2. Nat Nanotechnol. 10, 270-276 (2015).
  35. Nakano, M., et al. Collective bulk carrier delocalization driven by electrostatic surface charge accumulation. Nature. 487, 459-462 (2012).
  36. Shimotani, H., Asanuma, H., Iwasa, Y. Electric Double Layer Transistor of Organic Semiconductor Crystals in a Four-Probe Configuration. Jpn. J. Appl. Phys. 46, 3613(2007).
  37. Shi, W., et al. Transport Properties of Polymer Semiconductor Controlled by Ionic Liquid as a Gate Dielectric and a Pressure Medium. Adv. Funct. Mater. 24, 2005-2012 (2014).
  38. Shi, W., et al. Superconductivity series in transition metal dichalcogenides by ionic gating. Sci. Rep. 5, 12534(2015).
  39. Saito, Y., Nojima, T., Iwasa, Y. Gate-induced superconductivity in two-dimensional atomic crystals. Supercond. Sci. Technol. 29, 093001(2016).
  40. Saito, Y., Nojima, T., Iwasa, Y. Highly crystalline 2D superconductors. Nature Rev. Mater. 2, 16094(2016).
  41. Ueno, K., et al. Electric-field-induced superconductivity in an insulator. Nat Mater. 7, 855-858 (2008).
  42. Ye, J. T., et al. Liquid-gated interface superconductivity on an atomically flat film. Nat Mater. 9, 125-128 (2010).
  43. Ueno, K., et al. Discovery of superconductivity in KTaO3 by electrostatic carrier doping. Nat Nanotechnol. 6, 408-412 (2011).
  44. Ye, J. T., et al. Superconducting dome in a gate-tuned band insulator. Science. 338, 1193-1196 (2012).
  45. Saito, Y., Kasahara, Y., Ye, J., Iwasa, Y., Nojima, T. Metallic ground state in an ion-gated two-dimensional superconductor. Science. 350, 409-413 (2015).
  46. Saito, Y., et al. Superconductivity protected by spin-valley locking in ion-gated MoS2. Nat Phys. 12, 144-149 (2016).
  47. Costanzo, D., et al. Gate-induced superconductivity in atomically thin MoS2 crystals. Nat Nanotechnol. 11, 339-344 (2016).
  48. Jo, S., Costanzo, D., Berger, H., Morpurgo, A. F. Electrostatically induced superconductivity at the surface of WS2. Nano Lett. 15, 1197-1202 (2015).
  49. Lei, B., et al. Gate-tuned superconductor-insulator transition in (Li,Fe)OHFeSe. Phys. Rev. B. 93, 060501(2016).
  50. Qin, F., et al. Superconductivity in a chiral nanotube. Nat Commun. 8, 14465(2017).
  51. Zhao, J., et al. Lithium-ion-based solid electrolyte tuning of the carrier density in graphene. Sci. Rep. 6, 34816(2016).
  52. Lei, B., et al. Tuning phase transitions in FeSe thin flakes by field-effect transistor with solid ion conductor as the gate dielectric. Phys. Rev. B. 95, 020503(2017).
  53. Zhu, C. S., et al. Tuning electronic properties of FeSe0.5Te0.5 thin flakes using a solid ion conductor field-effect transistor. Phys. Rev. B. 95, 174513(2017).
  54. Tenne, R., Margulis, L., Genut, M., Hodes, G. Polyhedral and cylindrical structures of tungsten disulphide. Nature. 360, 444-446 (1992).
  55. Rothschild, A., Sloan, J., Tenne, R. Growth of WS2 nanotubes phases. J. Am. Chem. Soc. 122, 5169-5179 (2000).
  56. Zak, A., et al. Scaling-up of the WS2 nanotubes synthesis. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostruct. 19, 18-26 (2010).
  57. Rao, C. N. R., Nath, M. Inorganic nanotubes. Dalton T. 1, 1-24 (2003).
  58. Levi, R., Bitton, O., Leitus, G., Tenne, R., Joselevich, E. Field-effect transistors based on WS2 nanotubes with high current-carrying capacity. Nano Lett. 13, 3736-3741 (2013).
  59. Shiogai, J., et al. Electric-field-induced superconductivity in electrochemically etched ultrathin FeSe films on SrTiO3 and MgO. Nat Phys. 12, 42-46 (2016).
  60. Shiogai, J., et al. Unified trend of superconducting transition temperature versus Hall coefficient for ultrathin FeSe films prepared on different oxide substrates. Phys. Rev. B. 95, 115101(2017).
  61. Jeong, J., et al. Suppression of Metal-Insulator Transition in VO2 by Electric Field-Induced Oxygen Vacancy Formation. Science. 339, 1402-1405 (2013).
  62. Schladt, T. D., et al. Crystal-Facet-Dependent Metallization in Electrolyte-Gated Rutile TiO2 Single Crystals. ACS Nano. 7, 8074-8081 (2013).
  63. Lu, N., et al. Electric-field control of tri-state phase transformation with a selective dual-ion switch. Nature. 546, 124-128 (2017).
  64. Suda, M., Kato, R., Yamamoto, H. M. Light-induced superconductivity using a photoactive electric double layer. Science. 347, 743-746 (2015).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

מאמרים קשורים