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

המטרה הכוללת של הליך זה היא להשתמש בשער אלקטרוליטים כדי לשלוט במספר הנשא ולהשיג מעברי פאזה קוונטיים המושרים על ידי שדה חשמלי בטרנזיסטורי טונגסטן דיסולפיד. טכניקה זו מספקת אסטרטגיה רבת עוצמה להשגת מעברי פאזה קוונטיים, כולל מוליכות-על המושרה על ידי שדה חשמלי. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן ליצור שדה חשמלי חזק גם במתח הטיה נמוך, הגורם לצפיפות נשא גדולה על ידי סימום אלקטרוסטטי או אלקטרוכימי.

כדי להתחיל בהכנת פיזור הננו-צינורות, שלב כ-0.8 מיליגרם של ננו-צינורות טונגסטן דיסולפיד עם שמונה מיליליטר של אלכוהול איזופרופיל. סוניקציה של התערובת למשך 20 דקות כדי לפזר את אבקת הננו-צינורות באלכוהול האיזופרופיל. כדי להימנע מחימום המתלה, הנח אותו למשך דקה אחת לאחר כל חמש דקות של סוניקציה.

לאחר מכן, הפעל ציפוי מסתובב ואת משאבת הוואקום המחוברת אליו. הנח מצע סיליקון/דו תחמוצת נקי במרכז צ'אק הוואקום, וקבע אותו במקומו. מרחו את מתלה הננו-צינורות טונגסטן דיסולפיד של 0.1 מיליגרם למיליליטר על המצע בטיפות עד שמשטח המצע מכוסה לחלוטין.

סובב את המצע ב -4,000 סל"ד למשך 50 שניות. כדי להתחיל להכין את פתיתי הטונגסטן דיסולפיד, הניחו דגימה קטנה בתפזורת של טונגסטן דיסולפיד על הצד הדביק של סרט דבק נטול סיליקון. קפלו בזהירות ופרשו את הקלטת כדי לקלף מכנית שכבה דקה של טונגסטן דיסולפיד מהתפזורת.

המשך לקפל ולפרוש את הסרט עד שהדגימה המקולפת מכסה את הסרט כשכבה דקה. לאחר מכן, יש למרוח בעדינות את הסרט על פני הסיליקון הדו-חמצני של מצע סיליקון/צורן דו-חמצני נקי. הפעל לחץ קל על הקלטת כדי להעביר את פתיתי הטונגסטן דיסולפיד למצע.

הפרד בזהירות את הקלטת מהמצע, והשאיר את משטח המצע מצופה בפתיתי טונגסטן דיסולפיד דקים. כדי להתחיל בייצור המכשיר, הנח מצע סיליקון/צורן דו חמצני מצופה בננו-צינורות טונגסטן דיסולפיד או פתיתים דקים במרכז צ'אק ואקום ספין-ציפוי. מרחו טיפות PMMA על המצע עד לכיסוי פני השטח שלו.

סובב את המצע ב-4,000 סל"ד למשך 50 שניות כדי לצפות את המצע באופן אחיד ב-PMMA, ובכך להגן על ננו-צינורות או פתיתים של טונגסטן דיסולפיד מפני חשיפה לאוויר. מחממים את המצע המצופה PMMA בחום של 180 מעלות צלזיוס למשך דקה אחת. לאחר מכן, הניחו את המצע על הבמה של מיקרוסקופ אופטי המצויד במצלמה.

בדוק את המצע בהגדלה של פי 20, וזהה שש עד 10 דגימות טונגסטן דיסולפיד מבודדות בגודל מתאים. צלם תמונות של כל דגימה מבודדת בהגדלה של פי 5, 20X ו-100X. לאחר מכן, פתח את תוכנת ה-CAD וטען את פורמט סריג המצע.

יבא את תמונות הדוגמאות וקבע את הגודל והמיקום של כל תמונה מהסימנים שעל המצע. צייר ריבוע של 1, 200 מיקרומטר וריבוע של 300 מיקרומטר סביב כל דגימה. תכנן דפוסים בקנה מידה גדול כולל שער, מקור, ניקוז ורפידות אחרות בכל ריבוע גדול, למעט מבנים עדינים ליד הדגימות.

הוסף סימנים בכל ריבוע קטן לזיהוי מדויק של מיקומי הדגימה. כשדוגמאות המילוי עוצבו לכל הדוגמאות, מחקו את כל הדוגמאות מלבד דוגמאות המילוי והסימונים. ייצא את התבניות והסימונים כקובצי DXF.

לאחר מכן, הנח את המצע על שלב הדגימה של מכשיר ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים. הכנס את הדגימהtagה לתא הראשי, והתחל לפנות את החדר. המר את קובץ ה-DXF של סימנים קטנים לקובץ תא.

סמן את file עבור ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים, ושמור את file בפורמט con עבור מכשיר הליתוגרפיה של קרן אלקטרונים. ברגע שלחץ התא הראשי נמוך מחמש פעמים 10 עד חמשת הפסקלים השליליים, פתח את תוכנת המכשיר והפעל את אקדח האלקטרונים. דפוס המצע עם הסימנים הקטנים.

לאחר מכן, טפחו על המצע עם העיצובים הגדולים יותר באותו תהליך. לאחר השלמת הליתוגרפיה, כבה את אלומת האלקטרונים וצא מהתוכנה. אוורור את החדר הראשי והסר את המצע המעוצב.

פתח את המצע על ידי טבילה בתערובת אחת לשלוש של מתיל איזובוטיל קטון ואלכוהול איזופרופיל למשך 30 שניות. שוטפים את המצע באלכוהול איזופרופיל, ומייבשים את המצע המפותח בעזרת אקדח חנקן. צלם קבוצה נוספת של תמונות של כל דגימה בהגדלה של פי 5, 20X ו-100X.

ייבא את התמונות לתוכנת CAD. אתר את התמונות לפי טושים קטנים מעוצבים. לאחר מכן, תכנן את המבנה העדין של המכשיר.

דפוס המצע עם ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים, פתח וייבש את המצע. כדי להתחיל בתהליך שקיעת האלקטרודות, תקן את המצע המעוצב על מחזיק מצע שקיעת אדים. חבר את מחזיק המצע למוט העברה ופנה את החדר.

לאחר מכן, הכנס את המצע לתא הראשי של המאייד. התחל לסובב את מחזיק המצע. פנה את החדר הראשי.

פתח את התריס והפקיד חמישה ננומטר כרום כשכבת ההדבקה הראשונית. לאחר מכן, רמף את הזרם ל -30 אמפר. לאדות זהב עם קצב שקיעה ועובי מתאימים.

סגור את התריס לסיום התצהיר. הפחת לאט את הזרם לאפס וכבה את מקור הזרם. לאחר מכן, הפסק את סיבוב מחזיק המצע.

הניחו למצע לנוח בתא למשך שעה להתקרר לטמפרטורת החדר לפני הסרתו. לאחר מכן, מכסים את הרפידות ואלקטרודות השער בסרט, ודואגים לחשוף את המבנים העדינים של המכשיר. הפקידו שכבת צורן דו חמצני של 20 ננומטר כדי להגן על האלקטרודות במהלך שער האלקטרוליטים.

לאחר שקיעת האלקטרודות, הפרד את המכשירים על ידי חיתוך המצע לחתיכות קטנות. טבלו מכשיר אחד באצטון למשך שעה בטמפרטורת החדר כדי להסיר שאריות PMMA וזהב. לאחר מכן, שטפו את המכשיר באלכוהול איזופרופיל, וייבשו אותו בעזרת אקדח חנקן.

תקן את המכשיר על מנשא שבבים עם משחת כסף מוליכה. קשר חוט כל משטח אלקטרודה לאלקטרודה על נושא השבב עם חוטי זהב בעובי 25 מיקרומטר. לאחר מכן, טבלו זוג פינצטה בתמיסת אלקטרוליטים.

מרחו בזהירות את האלקטרוליט על המבנה העדין של המכשיר ועל כרית השער מבלי לכסות את רפידות האלקטרודות. לאחר מכן, תקן את נושא השבבים על מחזיק הדגימה של מערכת המדידה. השתמש במוט ההעברה כדי להכניס את הדגימה מחזיק למערכת.

פנה את החדר לתנאי ואקום גבוהים. השתמש בתוכנת מדידה לביצוע מדידות תחבורה. עקומות העברה אמבקוטביות נצפו הן עבור ננו-צינוריות טונגסטן דיסולפיד והן עבור התקני פתיתים.

ההתנהגות האמביקולטרית הייתה הפיכה וניתנת לחזרה, מה שמרמז על כך שפעולות אלה נבעו מסמים אלקטרוסטטיים. זרם ניקוז המקור של מכשיר ננו-צינורות טונגסטן דיסולפיד נבדק כפונקציה של מתח השער וזמן ההמתנה. התנהגות הרוויה הראשונית הצביעה על סימום אלקטרוסטטי.

סימום אלקטרוכימי נצפה במתחי שער גבוהים יותר. העלייה הדרמטית בזרם הניקוז כאשר מתח השער הוחזק על שמונה וולט למשך מספר דקות הצביע על אינטרקלציה של יוני אשלגן לשכבות הטונגסטן דיסולפיד מבלי לפגוע במבנה הגביש. תגובת שער דומה נצפתה עבור התקני פתיתי טונגסטן דיסולפיד.

התנהגות הרוויה התרחשה כאשר מתח השער הוגדל לשישה וולט, אך לא נצפה שינוי משמעותי בצפיפות המוביל. התנהגות זו העידה על סימום אלקטרוסטטי. זרם ניקוז המקור וצפיפות המוביל גדלו שניהם כאשר מתח השער עלה על שישה וולט, מה שמצביע על כך שהאינטרקלציה התרחשה.

לאחר הסימום האלקטרוכימי, גם הננו-צינורית טונגסטן דיסולפיד וגם מכשירי הפתיתים הראו מוליכות-על בטמפרטורות נמוכות. לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בפיזיקה של חומר מעובה ומדעי החומרים לחקור מעברי פאזה חשמליים, כולל מוליכות-על המושרה על ידי שדה חשמלי ומעברי פאזה במבנה במגוון חומרים. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד להשתמש בשער נוזל יוני על מוצקים עבור סימום אלקטרוסטטי ואלקטרוכימי כאחד.