Un metodo Standard e affidabile per fabbricare nanoelettronica bidimensionale

L'articolo mira a introdurre una procedura di fabbricazione standard e affidabile per lo sviluppo della futura basso nanoelettronica dimensionale.

Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della fabbricazione di dispositivi in materiale 2D, relative alle tecniche per localizzare con precisione i campioni di materiale 2D nella preparazione per le successive fasi di fabbricazione. Il vantaggio principale di questa tecnica è che è adattata allo sviluppo di dispositivi su piccola scala, per i quali trovare la posizione dei materiali è più difficile. A dimostrare la procedura saranno Po-Chun Chen e Kristan, assistenti di ricerca e studenti laureati del mio laboratorio.

Il processo di fabbricazione richiede due substrati preparati. Il primo è il biossido di silicio back-gated su silicio con array di pad in titanio e metallo dorato. Il secondo substrato è lo zaffiro con uno strato depositato di bisolfuro di molibdeno.

Portare il substrato di zaffiro con il bisolfuro di molibdeno a una centrifuga. Centrifugare il PMMA per coprire la parte superiore del bisolfuro di molibdeno a 3.500 giri/min per 30 secondi. Quindi, spostare il campione su una piastra calda e cuocerlo a 120 gradi Celsius per tre minuti per rafforzare il rivestimento in PMMA.

Quindi, preparare 50 millilitri di soluzione di ammoniaca. Immergere il campione per separare il bisolfuro di molibdeno dal substrato. Una volta che il film si è separato, rimuoverlo dalla soluzione di ammoniaca.

Trasferire il film di bisolfuro di molibdeno nel biossido di silicio sul substrato di silicio. Per migliorare l'adesione, cuocere il campione a 120 gradi Celsius per almeno 30 minuti. Recuperare il campione e metterlo in 30 millilitri di acetone.

Dopo circa 30 minuti, il PMMA verrà rimosso come indicato da un cambiamento di colore. Prima di procedere, sciacquare il campione in alcol isopropilico e utilizzare l'azoto per asciugarlo. Ora, preparati a eseguire la litografia a fascio di elettroni.

Utilizzare un microscopio ottico per misurare lo spostamento tra le posizioni target e i segni di allineamento sul campione. Sulla base di queste misurazioni, è possibile progettare il layout del modello di elettrodo metallico utilizzando il software. Spin coat Photo Resist sulla parte superiore del campione e assicurati che copra l'intero campione.

Passare alla cottura morbida del campione a 100 gradi Celsius per 90 secondi per migliorare l'adesione. Sulla macchina per litografia a fascio di elettroni, caricare il disegno e posizionare il campione. I segni di allineamento nel substrato di biossido di silicio devono corrispondere ai segni corrispondenti nel disegno.

Esporre il campione al fascio di elettroni. Al termine, portare il campione su una piastra calda. Riscaldare il campione a 120 gradi Celsius per 90 secondi in una cottura post-esposizione.

Quindi, tieni pronto un contenitore di TMAH come sviluppatore e immergi il campione per 80 secondi. Quindi, lavare il campione in 200 millilitri di acqua deionizzata per 10 secondi. Esaminare il campione con un microscopio ottico per determinare se il modello è ben sviluppato.

Se è ben sviluppato, cuocere il campione a 110 gradi Celsius per 90 secondi. Il passo successivo consiste nell'utilizzare un evaporatore a pistola elettronica per depositare 100 nanometri di oro sul campione. Dopo la deposizione, lavorare per rimuovere il Photo Resist.

Per sciogliere il Photo Resist, preparare 100 millilitri di acetone. Immergere il campione nell'acetone per eseguire il sollevamento. Monitora il processo con un microscopio ottico e fermati quando rimangono solo linee e piazzole metalliche.

Durante la caratterizzazione, scegliere una sorgente e un elettrodo di drenaggio tra quelli presenti nel dispositivo, quindi utilizzare un microscopio a forza anatomica per applicare un carico al campione. Qui le X indicano dove sono stati applicati i carichi. I carichi del microscopio a forza atomica provocano una deformazione di compressione sul dispositivo.

Ecco le caratteristiche della tensione di corrente del dispositivo al bisolfuro di molibdeno a diverse forze applicate che producono una deformazione di compressione. A una data tensione, la corrente del dispositivo diminuisce con l'aumentare della forza applicata e viceversa, indicando una variazione della resistenza del dispositivo, un comportamento che ci si aspetta per un sensore piezoelettrico. Questi dati si riferiscono alla risposta di corrente del dispositivo al bisolfuro di molibdeno per deformazioni di compressione ripetute a una tensione di polarizzazione fissa di un volt.

La corrente di uscita cambia a malapena con l'applicazione ripetuta di 10 nanonewton di forza applicata, suggerendo che il sensore è stabile. Una volta padroneggiata ed eseguita correttamente, questa tecnica può essere eseguita in 20 ore consecutive, compresa la fabbricazione di tutti i transistor. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica può fungere da piattaforma per i futuri sviluppi di nanodispositivi, in quanto apre la strada alla produzione di futuri dispositivi avanzati su scala nanometrica.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come fabbricare in modo affidabile transistor 2D con back-gated utilizzando processi di fabbricazione standard, tra cui la litografia a fascio di elettroni e l'elettrodeposizione metallica. Sebbene questo metodo si rivolga allo sviluppo di dispositivi 2D in nanomateriali, può essere applicato anche a materiali 1D. Non dimenticare che lavorare con TMAH, soluzione di ammoniaca, PMMA e altri resistori fotografici può essere estremamente pericoloso e che i dispositivi di protezione individuale devono essere sempre indossati durante l'esecuzione di questa procedura.