고품질 그래핀 기반 모아레 초격자 소자를 위한 최적화된 제작 절차

우리의 연구는 2차원 물질의 양자 전자 특성과 그 이종 구조에 중점을 두고 새로운 양자 현상을 발견 및 조사하고 새로운 전자 장치를 개발하는 것을 목표로 합니다. 우리는 2차원 재료의 이종 구조의 특성이 층 사이의 각도의 함수로 변하는 트위스트 터닝 분야를 개척했습니다. 가장 영향력 있는 발견은 마법 혈관 조영술의 초연결성이었습니다.

나노 제조 공정 중에 도입되는 히터 변형 장애 및 격자 이완으로 인해 정확한 비틀림 각도를 달성하는 것은 여전히 어려운 일이며, 이로 인해 종종 균질성을 고안하고 샘플 전체의 재현성을 제한하게 됩니다. 이 프로토콜은 균일성과 수율을 개선하기 위해 각 제조 단계를 최적화하여 더 많은 연구자가 고품질 그래핀 모아레 장치를 안정적으로 구축하고 이 분야의 발전을 가속화할 수 있도록 하는 경험을 반영합니다.

[해설자] 시작하려면 슈퍼 연속체 레이저 (super continuum laser) 와 통합 된 전송 설정의 샘플 단계에 그래핀 웨이퍼를 배치합니다. peek through를 사용하여 카메라 창 위에 떠 있는 동안 Inkscape 창을 반투명하게 만듭니다. Inkscape의 BZA 곡선 및 직선 그리기 기능을 사용하여 그래핀 경계와 계획된 레이저 절단선의 윤곽을 그립니다. 이제 레이저의 전원을 켜고 빔 스폿이 보일 때까지 강도를 높입니다. 샘플 스테이지를 조정하여 빔 스폿을 계획된 레이저 절단 라인의 시작에 맞춥니다. 다음으로, 샘플 스테이지를 이동하여 계획된 레이저 절단선을 따라 빔 스폿을 안내합니다. 레이저 강도를 영점화한 후 레이저 절단선을 검사합니다. 계획된 모든 라인이 레이저 절단될 때까지 단계를 반복합니다. 상단 육각형 아질산붕소 플레이크를 집으려면 직선 모서리가 수직이 되고 오른쪽에 위치할 때까지 플레이크의 방향을 조정합니다. PC 및 PDMS 스탬프가 있는 유리 슬라이드를 소켓 내부에 2-3도의 아래쪽 기울기 각도로 부드럽게 고정합니다. 유리 슬라이드가 샘플 웨이퍼 위에 위치할 때까지 슬라이딩 트레이를 사용하여 소켓을 왼쪽으로 밀어 넣은 다음 수동으로 제자리에 고정합니다. 샘플 스테이지 온도를 섭씨 50도로 설정한 후 Z 방향 액추에이터를 사용하여 유리 슬라이드를 아래쪽으로 맞물립니다. 현미경으로 폴리카보네이트 필름에 초점을 맞추고 표면 청결도를 검사합니다. 육각형 질화붕소 플레이크를 선택한 청정 영역으로 이동하고 슬라이드를 더 아래쪽으로 맞물립니다. 이제 육각형 질화붕소 플레이크를 완전히 덮을 때까지 초당 5마이크로미터의 속도로 웨이퍼에 스탬프를 맞힌 다음 샘플 스테이지 온도를 섭씨 80도로 설정합니다. 샘플 스테이지 온도가 섭씨 80도에 도달한 후 파면이 육각형 아질산붕소 직선 모서리에 가까워질 때까지 초당 5마이크로미터로 스탬프를 분리한 다음 초당 2마이크로미터의 감소된 속도로 플레이크를 집어 듭니다. 일단 픽업되면 속도를 초당 5마이크로미터로 높여 웨이퍼에서 폴리카보네이트 필름을 분리합니다. 스테이지 히터를 끌고 수냉식 시스템을 엽니다. 온도가 섭씨 45도 이하로 떨어지면 수냉식 시스템을 닫으십시오. 유리 슬라이드를 초당 1mm로 끝까지 풉니다. 갓 레이저 절단된 그래핀이 있는 웨이퍼를 샘플 스테이지에 놓고 10X 대물렌즈를 사용하여 그래핀을 찾습니다. 레이저 절단선이 육각형 질화붕소 직선 모서리와 평행하도록 플레이크 방향을 조정합니다. 레이저 절단선을 포함하여 Inkscape에서 그래핀 경계의 윤곽을 그립니다. 이제 상단 육각형 질화붕소 플레이크가 있는 유리 슬라이드를 PC와 PDMS 스탬프가 있는 사전 맞물린 위치로 이동하여 그래핀 웨이퍼 위 2mm에 있습니다. 플레이크 직선 모서리를 레이저 절단선의 중심에 맞춰 육각형 질화붕소를 그래핀 도면과 일치시킵니다. 현미경을 조정하여 그래핀에 초점을 맞추고 Inkscape 그림에 맞춥니다. 그런 다음 상단 플레이크에 초점을 맞추고 유리 슬라이드를 XY 방향으로 이동하여 도면에 맞춥니다. 미리 절단된 그래핀보다 약간 높은 초점면에 다시 초점을 맞춘 후 상단 플레이크에 초점이 맞춰질 때까지 초당 0.1mm의 속도로 유리 슬라이드를 아래쪽으로 맞물립니다. 그래핀에 다시 초점을 맞추고 속도를 초당 5마이크로미터로 설정합니다. 스탬프를 맞물려주세요.amp 웨이퍼와 접촉하지 않도록 하면서 플레이크가 대략적으로 보일 때까지 천천히 사용합니다. 계속해서 st를 맞물립니다.amp 웨이퍼에 닿을 때까지 아래쪽으로. 스탬프를 맞물립니다.amp 파면이 플레이크의 왼쪽 가장자리에 가까워질 때까지 초당 0.5마이크로미터로 사용합니다. 속도를 초당 0.02마이크로미터 줄이고 첫 번째 그래핀 조각에 접촉하기 위해 계속 맞물립니다. 플레이크가 첫 번째 그래핀 조각을 완전히 덮고 직선 모서리에 고정되면 맞물림을 중지합니다. 파면이 수축되기 시작할 때까지 스테이지를 초당 5마이크로미터로 위쪽으로 움직여 히스테리시스를 제거합니다. 그래핀을 부드럽게 집어 올리기 위해 분리 속도를 초당 0.02마이크로미터로 설정합니다. 파면이 플레이크에서 멀어지면 속도를 초당 5마이크로미터로 높여 웨이퍼에서 스탬프를 완전히 분리합니다. 이제 Inkscape에서 전체 그래핀 도면을 복사하고 원하는 비틀림 각도만큼 회전합니다. 복사 도면의 두 번째 그래핀 조각을 원본 도면의 첫 번째 조각과 정렬하여 겹침을 최대화합니다. 원하는 비틀림 각도만큼 샘플을 회전합니다. 웨이퍼에 남아 있는 그래핀을 복사한 도면에 맞춥니다. 유리 슬라이드의 상단 육각형 질화붕소 플레이크에 초점을 맞추고 도면에 맞춥니다. 플레이크를 도면에 정렬한 후 시연된 단계를 반복하여 남은 그래핀을 집습니다. 일단 집어 들면 현미경으로 상단 스택의 품질을 검사하십시오. 사전 세척된 기포가 없는 하단 게이트가 있는 웨이퍼를 샘플 스테이지에 놓습니다. Inkscape를 사용하여 하단 게이트의 경계를 윤곽선으로 그립니다. 상단 스택의 도면을 하단 게이트의 도면에 정렬하여 꼬인 이중층 그래핀을 흑연 핑거에 배치합니다. 샘플 스테이지 온도를 섭씨 160도로 설정하여 캡슐화 후 폴리카보네이트 필름을 떼어낸 다음 유리 슬라이드를 상단 스택으로 로드하고 사전 결합 위치로 이동합니다. 하단 게이트와 상단 스택을 도면에 대략적으로 정렬합니다. 하단 게이트에 초점을 맞춘 다음 초점면을 약간 올립니다. 하단 게이트와 상단 스택 사이의 다른 중간 초점면을 식별한 다음 속도를 초당 5마이크로미터로 설정하고 상단 스택이 보일 때까지 스탬프를 맞춥니다. 둘 다 도면에 정확하게 정렬합니다. 샘플 스테이지가 섭씨 150도 이상일 때 파면이 하단 게이트에 가까워질 때까지 초당 5마이크로미터로 스탬프를 맞춘 다음 속도를 초당 0.5마이크로미터로 줄입니다. 상단 스택을 하단 게이트에 천천히 맞물립니다. 파면이 상단 스택을 통과하면 속도를 다시 초당 5마이크로미터로 높여 스탬프를 웨이퍼에 완전히 연결한 다음 초당 5마이크로미터로 스탬프를 분리합니다. 스탬프를 웨이퍼에서 완전히 분리한 후 스탬프를 초당 5마이크로미터로 3초 동안 위쪽으로 들어 올립니다. 폴리카보네이트 필름을 떼어내기 위해 XY 방향으로 움직이기 시작합니다. 초당 1mm의 속도로 유리 슬라이드를 완전히 분리하고 소켓에서 제거합니다. tage 히터를 끄고 수냉식 시스템을 활성화합니다. 온도가 실온으로 떨어지면 웨이퍼를 제거하고 광학 현미경으로 검사합니다. 고품질 매직 앵글 트위스트 이중층 그래핀 장치의 전하 중립점과 슈퍼 격자 갭 모두에서 4중 퇴화 랜드 아웃 팬이 나타났으며, 더 높은 자기장에서 2중 또는 1중 퇴행으로 분해됩니다. 대칭이 두 번 깨진 퇴화 랜드 아웃 팬은 절반 충전 상태에서 확인되어 상관 절연 거동을 나타냅니다. 초전도 돔은 반쯤 채워진 상태 주변의 랜드 아웃 팬 아래에 위치했습니다. 온도 의존적 저항 측정은 절반 충전 상태의 양쪽에 두 개의 초전도 돔이 있는 것으로 나타났으며 최대 임계 온도는 약 1.7켈빈에 도달했습니다. 14개의 측정된 장치 중 최적의 임계 온도는 이론적 예측과 일치하는 1.08도 근처의 비틀림 각도에서 정점을 찍었습니다. 매직 앵글 근처의 무질서한 장치는 저항 대 온도 프로파일에서 볼 수 있듯이 고품질 장치에 비해 임계 온도가 크게 감소했습니다. 이러한 관찰은 고품질 그래핀 기반 모아레 슈퍼 격자 장치를 달성하기 위해 제조 절차를 최적화하는 것이 중요하다는 점을 강조합니다.