큰 지역 수직 2D 크리스탈 Hetero-구조 장치 제조에 전이 금속 영화 Sulfurization의 준비

이 성장 기술의 전반적인 목표는 각 재료에 대해 유사한 성장 절차를 사용하여 2D 층의 수를 잘 제어하면서 복잡한 수직 2D 결정 이종 구조를 확립하는 것입니다. 이 간단한 기술의 주요 장점은 다른 2D 재료에 대해 유사한 성장 절차를 사용하고 레이어 번호 제어 가능성이 우수하다는 것입니다. 이 기술은 단일 재료 구조에 비해 향상된 전이 특성을 가진 더 큰 수직 2D 결정 이종 구조를 생성할 수 있으므로 수직 2D 재료 이종 구조의 실제 적용을 조사하는 데 도움이 될 수 있습니다.

절차를 시작하려면 RF 스퍼터링 시스템의 샘플 스테이지에 2cm x 2cm의 깨끗한 C-플레인 사파이어 기판을 장착하고 연마된 면이 몰리브덴 타겟을 향하도록 합니다. 샘플 챔버를 3배, 10, 음의 6토로 펌프다운합니다. 아르곤 가스를 분당 40밀리리터로 시스템에 주입하고 챔버 압력이 음의 2 토어에 대해 5 곱하기 10으로 안정적인지 확인합니다.

플라즈마를 점화하고 전력 출력을 40와트로 설정합니다. 챔버 압력을 5 곱하기 10으로 낮추고 음의 3 토어로 줄입니다. 그런 다음 몰리브덴 타겟 셔터를 수동으로 열고 30초 동안 금속을 증착합니다.

증착 내내 전력 출력이 일정하게 유지되는지 확인하십시오. 스퍼터링이 완료되면 금속 필름이 위를 향하도록 하여 기판을 쿼트 샘플 홀더에 놓습니다. 보정된 관로의 가열 영역 중앙에 기판을 설정합니다.

알루미나 가열 보트에 1.5g의 유황 분말을 넣습니다. 기판이 섭씨 800도에 도달할 때 황 온도가 섭씨 120도가 되도록 가열 영역에서 2cm 상류에 보트를 놓습니다. 용광로를 닫고 펌프로 10을 5 곱하기 음의 3 토레로 펌핑합니다.

그런 다음 아르곤 가스를 분당 130밀리리터로 용광로를 통해 흐릅니다. 퍼니스 압력이 0.7 tores에서 안정화되는지 확인하십시오. 용광로를 실온에서 분당 섭씨 20도에서 섭씨 800도까지 램프합니다.

유황이 완전히 증발할 때까지 용광로를 섭씨 800도에서 유지하십시오. 그런 다음 용광로 열을 끄고 아르곤의 흐름으로 기판을 실온으로 냉각시킵니다. 다음으로, 이황화 몰리브덴 필름이 텅스텐 타겟을 향하도록 RF 스퍼터링 시스템에 기판을 장착합니다.

몰리브덴과 동일한 설정을 사용하여 30초 동안 기판에 텅스텐을 스퍼터링합니다. 텅스텐으로 코팅 된 기판을 용광로 가열 영역의 중앙에 놓고 가열 영역의 2cm 상류에 1g의 유황 분말을 놓습니다. 몰리브덴 필름과 동일한 매개 변수를 사용하여 텅스텐 필름을 황화한다.

박막 전사를 시작하려면 준비된 전이 금속 다이칼코게나이드 필름에 폴리메틸 메타크릴레이트 3방울을 분당 500회 및 800회 회전하면서 각각 10초 동안 스핀 코팅합니다. PMMA를 섭씨 120도에서 5분 동안 경화시킵니다. 그런 다음 PMMA 코팅 기판을 탈이온수로 채워진 페트리 접시에 놓습니다.

끝이 둥글고 편평한 핀셋을 사용하여 기판에서 TMD 필름이 부착된 PMMA의 한쪽 모서리를 조심스럽게 벗겨냅니다. 기판을 섭씨 100도로 가열된 1몰 수산화칼륨 수용액으로 옮깁니다. 핀셋을 사용하여 기판에서 전체 PMMA TMD 필름을 천천히 조심스럽게 벗겨냅니다.

수산화칼륨 용액에서 PMMA TMD 필름을 광택 면이 필름을 향하도록 다른 깨끗한 사파이어 기판으로 퍼냅니다. 필름을 탈이온수 비커에 옮깁니다. 잔류 수산화칼륨이 완전히 제거되었는지 확인하기 위해 같은 방식으로 필름을 깨끗한 탈이온수로 세 번 더 옮깁니다.

다음으로, 티타늄 또는 금 전극으로 모방된 실리콘 기판에 300나노미터 두께의 P형 이산화규소를 얻습니다. 패턴화된 기판을 탈이온수의 최종 비커에 담그고 TMD 필름을 기판에 조심스럽게 부착합니다. 필름이 부착된 기판을 섭씨 100도에서 3분 동안 굽고 물을 증발시킵니다.

필름이 기판에 단단히 부착되었는지 확인하기 위해 기판 표면을 PMMA로 덮습니다. 전자 건조 캐비닛에서 기판을 8시간 동안 건조시킵니다. 그런 다음 PMMA 층을 제거하고 포토리소그래피 및 반응성 이온 에칭을 사용하여 TMD 이종 구조 트랜지스터를 제조합니다.

몰리브덴 황화 메커니즘은 HRTEM으로 검사되었습니다. 황이 풍부한 조건에서 황은 몰리브덴 산화물의 산소를 빠르게 대체하여 결국 제어 가능한 수의 층을 가진 균일한 막을 형성했습니다. 몰리브덴 산화물 분리 및 유착은 황 결핍 조건에서 지배적인 초기 성장 메커니즘이었습니다.

개별 이황화 몰리브덴 및 이황화 텅스텐 필름의 라만 분광법은 각각 두 개의 특징적인 피크를 보여주었습니다. HRTEM은 5 개의 이황화 몰리브덴 층과 4 개의 이황화 텅스텐 층을 보여주었다. 순차적인 금속 증착은 이황화 텅스텐, 이황화 몰리브덴, 수직 이종 구조를 생성했습니다.

두 세트의 특징적인 피크는 모두 라멘 스펙트럼에서 분명했습니다. 수직 TMD 이종 구조의 형성은 이황화 몰리브덴 만 남을 때까지 개별 이황화 텅스텐 층의 반복적 인 원자 에칭에 의해 뒷받침되었다. 이황화 텅스텐 이황화 몰리브덴 단일 이종 구조로 제작 된 트랜지스터는 이황화 몰리브덴 만으로 제작 된 트랜지스터와 비교할 때 상당히 큰 드레인 전류를 보여주었습니다.

단일 이종 구조 트랜지스터는 더 높은 전계 효과 이동성 값을 가졌는데, 이는 이황화 텅스텐에서 이황화 몰리브덴으로 그리고 열 평형 하에서 더 높은 전자 농도를 가진 채널에서 전자 주입의 결과 일 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 다양한 장치 응용 분야에 대한 수직 2D 재료 이종 구조를 쉽게 설정할 수 있도록 표시된 장비 및 절차를 사용하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 이 프로토콜을 사용할 때는 장비의 스퍼터링 파워, 위치 시간 및 분리 온도만 최적화하면 고품질 2D 재료 및 헤테로 구조를 얻을 수 있습니다.