Metodi sperimentali avanzati per bassa temperatura magnetotrasporto Misura di nuovi materiali

Summary

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.

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.

Introduction

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....

Protocol

1. Preparazione del substrato

1. 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.
2. 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).
   1. Aprire un nuovo file in un programma di redazione....

Results

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'indagine.......

Discussion

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.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
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)