Descriviamo la metodologia dell'esfoliazione meccanica e della deposizione di scaglie di nuovi materiali con dimensioni micron su substrato, la fabbricazione di strutture di dispositivi sperimentali per la sperimentazione del trasporto e la misurazione del magnetotrasporto in un criostato a ciclo chiuso di elio secco a temperature fino a 0,300 K e campi magnetici fino a 12 T.
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Articolo metodologico
Metodi sperimentali avanzati per bassa temperatura magnetotrasporto Misura di nuovi materiali
In questo articolo
Sommario
Abstract
I nuovi materiali elettronici sono spesso prodotti per la prima volta da processi di sintesi che producono cristalli di massa (in contrasto con la sintesi di film sottili a cristallo singolo) ai fini della ricerca esplorativa sui materiali. Alcuni materiali rappresentano una sfida in cui il tradizionale metodo di fabbricazione di dispositivi a barra Hall sfusa è insufficiente per produrre un dispositivo misurabile per la misurazione del trasporto del campione, principalmente perché la dimensione del singolo cristallo è troppo piccola per collegare i conduttori al campione in una configurazione a barra Hall. Ciò può essere, ad esempio, dovuto al fatto che il primo lotto di un nuovo materiale sintetizzato produce cristalli singoli molto piccoli o perché si desiderano scaglie di campioni da uno a pochissimi monostrati. Al fine di consentire una rapida caratterizzazione dei materiali che può essere effettuata in parallelo con il miglioramento della loro metodologia di crescita, è stato ideato un metodo di fabbricazione di dispositivi per campioni molto piccoli per consentire la caratterizzazione di nuovi materiali non appena è stato prodotto un lotto preliminare. Una leggera variazione di questa metodologia è applicabile alla produzione di dispositivi che utilizzano campioni esfoliati di materiali bidimensionali come grafene, nitruro di boro esagonale (hBN) e dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD), nonché eterostrutture multistrato di tali materiali. Qui presentiamo protocolli dettagliati per la fabbricazione di frammenti e scaglie di nuovi materiali con dimensioni micron su substrato e successiva misurazione in un magnete superconduttore commerciale, un sistema di magnetotrasporto a ciclo chiuso a ciclo chiuso di elio secco a temperature fino a 0,300 K e campi magnetici fino a 12 T.
Introduzione
Il perseguimento di piattaforme materiali per la tecnologia elettronica avanzata richiede metodi per la sintesi di materiali high-throughput e la successiva caratterizzazione. Nuovi materiali di interesse in questa ricerca possono essere prodotti in massa per sintesi diretta reazione 1,2, 3,4 elettrochimica crescita, e altri metodi 5 in modo più rapido rispetto più coinvolti monocristallo sottili tecniche di deposizione di film come epitassia a fascio molecolare o deposizione di vapore chimico. Il metodo convenzionale per misurare le proprietà di trasporto di campioni di cristallo bulk è di scindere un frammento prismatica rettangolar....
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Protocollo
1. Preparazione del substrato
- Ottenere 4 pollici di silicio (Si) wafer composto fortemente drogato p drogato Si coperto da circa 300 nm di SiO 2. Tale struttura substrato consentirà il substrato per servire come un cancello posteriore.
- Utilizzando il software di redazione / design, la progettazione di un cm × 1 cm modello 1 con caratteristiche equidistanti, come le croci elencati, in direzione xey da utilizzare come localizzatori di posizione sul substrato per i fiocchi campione trasferito e segni di allineamento per litografia a fascio elettronico ( Figura 1).
- Aprire un nuovo file in un programma di redazione....
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Risultati
La figura 3 mostra un dispositivo tipico bar Sala modellata ai fini di un esperimento bassa magnetotrasporto temperature. L'immagine ottica nella figura in alto mostra una successo-fabbricato bar grafene / HBN Sala; l'immagine inferiore mostra lo schema del dispositivo con gli stati di bordo Landauer-Büttiker che nascono dalle Landau livelli (LLS), un meccanismo di trasporto che può essere utilizzato per calcolare i valori delle resistenze di Hall quantizzati, l&.......
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Discussione
Dopo l'acquisizione di campioni alla rinfusa di alta qualità, caratterizzati per garantire la composizione e la struttura adeguata, i campioni sono modellati nella geometria rappresentata da esfoliante scaglie di campione sul 1 cm × 1 cm pezzi di substrato. Substrati composti fortemente drogata p-Si coperti da circa 300 nm di SiO 2 sono preferiti in quanto aumentano lo spazio dei parametri sperimentali permettendo l'applicazione di un cancello posteriore. I campioni devono essere sufficientemente sott.......
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Dichiarazioni
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti. In questo documento vengono identificati i materiali, gli strumenti e le attrezzature commerciali per specificare la procedura sperimentale nel modo più completo possibile. In nessun caso tale identificazione implica una raccomandazione o un'approvazione da parte del National Institute of Standards.
Ringraziamenti
Questo lavoro è supportato dal National Institute of Standards and Technology del Dipartimento del Commercio degli Stati Uniti.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Cryogenic Limited 12 T CFMS | Cryogen Limited | CFM-12T-H3- IVTI-25 | Sistema di magnetotrasporto personalizzato con magnete di campo modulato (fase 4) |
| Amplificatore lock-in 7270 DSP | Recupero del segnale Amplificatore | 7270 | per misure di sorgente/drain e tensione (fase 4) |
| Sorgente di tensione/corrente CC GS200 | Yokogawa | GS200 | Sorgente di tensione per applicazione di tensione di gate (fase 4) |
| 2636B System Sourcemeter | Keithley | 2636B | Sourcemeter per misure di sorgente/drain e tensione |
| DWL 2000 Laser Pattern Generator | Heidelberg Instruments | DWL 2000 | Genera maschera cromata per la litografia del modello di posizione/allineamento del substrato (passaggio 1.3) |
| Suss MicroTec MA6/BA6 Contact Aligner | Suss | MA6 | Utilizzato per la litografia della posizione/modello di allineamento del substrato (passaggio 1.4.12) |
| Sistema di litografia a fascio di elettroni a scrittura diretta | JEOL | JBX 6300-FS | Eseguire litografie ad alta risoluzione di dispositivi |
| Sistema di sputtering Discovery 550 | Denton Vacuum | Discovery 550 | Eseguire lo sputtering SiO2 (passaggio 2.5) |
| Infinity 22 Evaporatore a fascio di elettroni | Denton Vacuum | Infinty 22 | Eseguire la deposizione di Cr/Au (passaggi 1.5 e 3.7) |
| Unaxis 790 Reactive Ion Etcher | Unaxis | Unaxis 790 | Etch sample in Hall bar structure (step 3.4) |
| PMMA 495 A4 | MicroChem | PMMA 495 A4 | Maschera a fascio di elettroni/rivestimento in polimero per litografia (passaggio 3.5.1) |
| PMMA 950 A4 | MicroChem | PMMA 950 A4 | Maschera a fascio di polimeri/rivestimento in polimero per taglio di campioni e litografia (passaggi 1.7.3, 3.3.1 e 3.5.2) |
| Fotoresist positivo S1813 | MicroChem | S1813 G2 | Fotoresist positivo (passaggio 1.4.8) |
| LOR resist | MicroChem | LOR 3A | Lift off resist (passaggio 1.4.3) |
| 1:3 MIBK:IPA PMMA sviluppatore | MicroChem | 1:3 MIBK:IPA | PMMA sviluppatore |
| MF-321 | MicroChem | MF-321 | Novolac soluzione di sviluppo compatibile con fotoresist positivo (passaggio 1.4.15) |
| Polidimetilsilossano con terminazione con etere diglicidiil | Sigma | Aldrich SA 480282 | Per l'impilamento di materiali stratificati (passaggio 2.6.1) |
| Carbonato di polipropilene | Sigma Aldrich | SA 389021 | Per l'impilamento di materiali stratificati (passaggio 2.6.2) |
Riferimenti
- Doty, F. P. Properties of CdZnTe crystals grown by a high pressure Bridgman method. Journal of Vacuum Science & Technology B. 10 (4), 1418-1422 (1992).
- Ikesue, A., Kinoshita, T., Kamata, K., Yoshida, K.
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Ristampe e permessi
