소설 재료의 저온 Magnetotransport 측정을위한 고급 실험 방법

이 절차의 전반적인 목표는 흥미로운 전자 특성을 가진 단층 박막 재료의 단결정의 전기적 특성을 측정하는 것입니다. 이 방법은 서로 겹쳐 쌓인 서로 다른 재료의 단일층이 전자적으로 상호 작용하는 방법 및 결과 이종 구조의 창발적 전자 거동이 무엇인지와 같은 나노 전자 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 운송 측정을 위해 고품질의 결함이 없는 다층 샘플을 생산한다는 것입니다.

이 방법은 그래핀에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만 전이 금속 다이칼코게나이드, 토폴로지 절연체 및 기타 층 재료와 같은 다른 시스템에도 적용할 수 있습니다. 기판의 준비는 텍스트 프로토콜에서 다룹니다. 플레이크는 고품질의 벌크 샘플이어야 합니다.

시작하려면 샘플 플레이크의 각질을 제거합니다. 표준 웨이퍼 다이싱 테이프 1 x 3 cm를 준비하고 이형지를 벗겨 접착제를 평방 센티미터의 노출시킵니다. 슬라이드의 벌크 샘플에 대해 접착 부분을 누릅니다.

대부분의 접착 영역이 샘플로 덮여 있는지 확인하십시오. 그런 다음 테이프를 다른 조각의 접착면에 대고 누르고 떼어냅니다. 다이싱 테이프에 부착된 샘플 플레이크가 투명하게 나타날 때까지 이 작업을 계속합니다.

그런 다음 샘플 플레이크가 있는 테이프를 준비된 기판 조각에 대고 누릅니다. 기판에 부착된 플레이크를 남겨두고 테이프를 벗겨냅니다. 현미경으로 기판을 검사합니다.

기판에 패턴화된 위치 표시를 사용하여 기판에 적절한 플레이크의 위치를 기록하십시오. 원자력 현미경을 사용하여 플레이크 두께를 측정하여 진행합니다. 두께는 100나노미터 미만이어야 합니다.

선택적으로, 스퍼터링된 이산화규소를 샘플에 증착하여 절연 매트릭스를 만들고 샘플을 기판에 고정합니다. 여러 플레이크로 구성된 이종 구조를 생성하려면 플레이크 스택을 준비합니다. 먼저 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 투명한 PDMS 및 PPC 기계식 스탬프를 만듭니다.

다음으로, 마이크로 포지셔너를 사용하여 이종 구조 스택에서 적층 재료의 첫 번째 플레이크 위에 스탬프를 배치합니다. 그런 다음 Z축을 조정하여 샘플 플레이크의 스탬프를 누릅니다. 이 단계에서는 인내심과 정확성이 필요하며, PPC PDMS가 시료 플레이크와 접촉할 때 색상이 경미하게 변하는 것에 주의를 기울여야 합니다.

다음으로, 샘플 아래의 저항 히터를 사용하여 샘플을 약 섭씨 40도까지 가열합니다. 이것은 PPC와 샘플 사이의 인력을 증가시킵니다. 2분 동안 가열한 후 스탬프를 천천히 들어 올립니다.

샘플 플레이크는 PPC에 부착되어야 합니다. 이제 샘플 플레이크가 부착된 기계 스탬프를 스택에 사용할 적층 재료의 다음 플레이크 위에 배치합니다. 정렬을 주의 깊게 관찰하고 부착된 플레이크가 다음 플레이크와 접촉할 때까지 스탬프를 천천히 내립니다.

그런 다음 샘플을 가볍게 누릅니다. 그런 다음 샘플을 섭씨 40도에서 다시 2분 동안 가열합니다. 그런 다음 스탬프를 천천히 들어 올리고 다음 샘플 플레이크를 부착하여 스택을 형성해야 합니다.

원하는 크기의 스택이 완료될 때까지 이 프로세스를 반복합니다. 이제 먼저 새 기판 조각에 스탬프를 부드럽게 눌러 이종 구조 스택을 새 기판으로 옮깁니다. 그런 다음 스탬프와 기판을 섭씨 100도에서 5분 동안 가열합니다.

여전히 섭씨 100도에서 스탬프를 천천히 들어 올려 기판에 스택을 남겨 둡니다. 이 프로토콜의 첫 번째 단계는 20X 및 100X 배율에서 샘플 이미지를 사용하여 전자빔 리소그래피를 위한 설계를 준비하는 것입니다. 그 결과 6단자 홀 바 설계가 탄생했습니다.

다음 단계는 PMMA에서 설계를 패턴화하는 것입니다. 먼저, 분자량이 950, 000인 PMMA 층을 5, 000RPM으로 4인치 웨이퍼에 2분 동안 회전시킵니다. 그런 다음 웨이퍼를 섭씨 180도에서 2분 동안 굽습니다.

그리고 사용하기 전에 몇 분 더 식히십시오. 이제 샘플을 전자빔 리소그래피 시스템에 로드합니다. 그리고 표준 프로토콜에 따라 PMMA 코딩 웨이퍼에 패턴을 인쇄합니다.

그런 다음 샘플을 Hall bar mesa에 에칭합니다. 반응성 이온 에칭 시스템을 사용하여 이전에 마스킹된 패턴을 사용하여 샘플을 홀 바에 에칭합니다. 에칭이 완료되면 아세톤으로 PMMA를 제거한 다음 이소프로판올로 헹구고 물로 헹굽니다.

전자빔 레지스트 마스크를 준비하려면 금속 접점 증착을 위해 PMMA를 두 번 코팅하십시오. 분자량이 495, 000인 PMMA를 사용하여 첫 번째 코팅을 하고 분자량이 950, 000인 두 번째 코팅을 만듭니다. 그런 다음 이전과 같이 전자빔 리소그래피 시스템을 사용하여 웨이퍼에 접촉 패턴을 만듭니다.

마지막 단계는 전자빔 증발기를 사용하여 크롬 금 금속을 샘플에 증착한 다음 금속을 들어 올리는 것입니다. 이러한 프로세스는 텍스트 프로토콜에 자세히 설명되어 있습니다. 자기 수송 실험의 경우, 먼저 제작된 샘플로 전기 운송 패키지를 준비합니다.

그런 다음 패키지를 프로브 팁에 단단히 부착합니다. 그런 다음 모든 진단 장치를 프로브에 연결합니다. 온도 제어 채널과 전기 측정 채널에 안전하게 연결합니다.

이제 에어록을 환기시키고 프로브 팁을 삽입하고 클램프와 O-링을 사용하여 제자리에 잠급니다. 다음으로, 특정 프로브 유형에 따라 전송 측정을 설정합니다. 그런 다음 진공 펌프를 사용하여 필요한 만큼 에어록의 공기와 수증기를 펌핑합니다.

교환기를 닫고 에어록 밸브를 닫습니다. 이제 에어록 공간과 측정 공간을 분리하는 밸브를 엽니다. 다음 단계는 필요한 양의 가스를 프로브 공간에 주입하는 것입니다.

이제 필요에 따라 미니 소브와 메인 소브 온도를 조정하십시오. 그리고 프로브를 측정 공간의 중앙으로 천천히 내립니다. 그런 다음 프로브 유형에 따라 시스템을 거의 0에 가까운 켈빈으로 보냅니다.

온도가 떨어지면 온도, 자기장, 게이트 전압 등의 범위에서 운송 측정을 시작합니다. 홀 바 장치는 설명된 바와 같이 저온 자기 수송 실험을 위해 육각형 질화붕소 위에 적층된 그래핀으로 패턴화되었습니다. 이 회로도는 Landau 수준에서 발생하는 Landauer-Butikker 식각 상태를 보여줍니다.

이러한 에칭 상태는 측정된 홀 저항의 값을 계산하기 위한 전송 메커니즘을 제공합니다. 실험 경계에는 장치를 12 Tesla의 높은 자기장, 0 점 3 켈빈의 낮은 온도, 30 볼트의 높은 게이트 전압에 노출시키는 것이 포함되었습니다. 측정된 홀 저항의 고원은 Landau 레벨 충전에 해당합니다.

이것은 양자 홀 효과의 모델 예입니다. 6개의 Tesla에서 홀 저항과 종방향 저항을 그래핀에 대한 양자 홀 효과를 설명하기 위해 백 게이트 전압의 함수로 조사했습니다. 이 동영상을 시청한 후에는 시료 박리, 마이크로 포지셔너 및 현미경을 사용한 플레이크 적층, 고급 나노 제조 도구를 통한 운송 측정을 위한 고품질의 결함 없는 다층 시료를 생산하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.

이 절차를 시도하는 동안 인내심을 갖고 정확하게 해야 한다는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 개발 후 이러한 기술은 나노일렉트로닉스 분야의 연구자들이 그래핀 및 그래핀 질화막대 이종 구조에서 nuvo 양자 거동을 탐구할 수 있는 길을 열어줍니다.