Voorbereiding van groot-gebied verticale 2D Crystal Hetero-structuren door de Sulfurization van overgangsmetalen Films voor de fabricatie van apparaat

Summary

Via de sulfurization van eerder afgegeven overgangsmetalen, kunnen groot-gebied en verticale 2D hetero-kristalstructuren worden vervaardigd. De film overbrengen en apparaat fabricage procedures zijn ook aangetoond in dit verslag.

Abstract

We hebben aangetoond dat door het sulfurization van overgangsmetalen films zoals molybdeen (Mo) en wolfraam (W), groot-gebied en uniforme overgangsmetalen dichalcogenides (TMDs) Mnd₂ en WS₂ kan worden voorbereid op de saffier substraten. Door het beheersen van de metalen film diktes, kan goede laag aantal controleerbaarheid, tot één laag van TMDs, worden verkregen met behulp van deze techniek van de groei. Op basis van de resultaten van de Mo-film sulfurized onder de gebrekkige toestand van zwavel, zijn er twee mechanismen van (a) vlakke Mnd₂ groei en (b) Mo oxide segregatie waargenomen tijdens de procedure sulfurization. Wanneer de achtergrond zwavel voldoende is, is vlakke TMD groei de dominante groei mechanisme, dat in een uniforme Mnd₂ film na de sulfurization procedure resulteren zal. Als de achtergrond zwavel gebrekkig is, zullen Mo oxide segregatie de dominante groei mechanisme in het aanvankelijke stadium van de procedure sulfurization. In dit geval zal het monster met Mo oxide clusters bedekt met paar-laag Mnd₂ worden verkregen. Nadat sequentiële Mo depositie/sulfurization en W depositie/sulfurization procedures, verticale WS₂/MoS₂ hetero-structuren worden geleverd met behulp van deze techniek van de groei. Raman pieken overeenkomt met WS₂ en Mnd₂, respectievelijk, en de identieke laag aantal de hetero-structuur met de sommatie van afzonderlijke 2D materialen hebben bevestigd dat de succesvolle invoering van het verticale 2D kristal hetero-structuur. Na het overbrengen van de WS₂/MoS₂ film op een SiO₂/Si substraat met vooraf gedessineerde bron/afvoer elektroden, is een bodem-gate transistor vervaardigd. Vergeleken met de transistor met alleen Mnd₂ kanalen, hebben de hogere afvoer stromingen van het apparaat met de WS₂/MoS₂ hetero-structuur tentoongesteld die met de introductie van 2D hetero-kristalstructuren, superieure apparaat prestaties kan worden verkregen. De resultaten is gebleken dat het potentieel van deze groei-techniek voor de praktische toepassing van 2D kristallen.

Introduction

Een van de meest voorkomende methoden voor 2D kristal films is met behulp van mechanische afschilfering van bulk materialen^1,2,3,4,5. Hoewel 2D kristal films met kristallijn hoogwaardige kunnen gemakkelijk worden verkregen met behulp van deze methode, zijn schaalbare 2D kristal films niet beschikbaar via deze aanpak, die nadelig is voor de praktische toepassingen. Is gebleken in eerdere publicaties dat met behulp van chemical vapor deposition (CVD), groot-gebied en uniforme 2D kristal films bereid

Protocol

1. groei van individuele 2D materiaal (Mnd₂ en WS-₂)

1. Overgangsmetalen afzetting met behulp van een RF systeem sputteren
   1. Een schone 2 x 2 cm² saffier substraat wordt geplaatst op de monsterhouder met de gepolijste zijde naar de doelstellingen van het sputteren systeem voor de overgangsmetalen afzetting. Saffier substraten zijn gekozen vanwege de sapphire chemische stabiliteit bij hoge temperaturen en atomaire-vlakke oppervlakken.
   2. Pomp beneden het sputteren kamer naar 3 x 10^-6 torr sequentieel gebruik van een mechanische pomp gevolgd door een diffusie-pomp.
   3. Het Ar-gas....

Results

Het spectrum Raman en de transversale HRTEM beelden van individuele Mnd₂ en WS₂ vervaardigd met behulp van de sulfurization van eerder afgegeven overgangsmetalen zijn weergegeven in Figuur 1a-b¹⁷, respectievelijk. Twee karakteristieke Raman pieken worden waargenomen voor zowel Mnd₂ en WS₂, die overeenkomen met in-plane

Discussion

Vergeleken met conventionele halfgeleidermaterialen zoals Si en GaAs, ligt het voordeel van 2D materiaal voor apparaat toepassingen in de mogelijkheid van apparaat fabricage met zeer dunne organen tot verschillende atomaire lagen. Wanneer de industrie Si voorschotten in de < 10 nm technologie knooppunt, de hoge hoogte-breedteverhouding van Si fin FET zal de architectuur ongeschikt maken voor praktische toepassingen. Dus 2D materiaal naar voren zijn gekomen als gevolg van hun potentieel ter vervanging van Si voor elektron.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
RF sputtering system	Kao Duen Technology	N/A
Furnace for sulfurization	Creating Nano Technologies	N/A
Polymethyl methacrylate (PMMA)	Microchem	8110788	Flammable
KOH, > 85%	Sigma-Aldrich	30603
Acetone, 99.5%	Echo Chemical	CMOS110
Sulfur (S), 99.5%	Sigma-Aldrich	13803
Molybdenum (Mo), 99.95%	Summit-Tech	N/A
Tungsten (W), 99.95%	Summit-Tech	N/A
C-plane Sapphire substrate	Summit-Tech	X171999	(0001) ± 0.2 ° one side polished
300 nm SiO2/Si substrate	Summit-Tech	2YCDDM	P-type Si substrate, resistivity: 1-10 Ω · cm.
Sample holder (sputtering system)	Kao Duen Technology	N/A	Ceramic material
Mechanical pump (sputtering system)	Ulvac	D-330DK
Diffusion pump (sputtering system)	Ulvac	ULK-06A
Mass flow controller	Brooks	5850E	The maximum Argon flow is 400 mL/min
Manual wheel Angle poppet valve	King Lai	N/A	Vacuum range from 2500 ~1 × 10-8 torr
Raman measurement system	Horiba	Jobin Yvon LabRAM HR800
Transmission electron microscopy	Fei	Tecnai G2 F20
Petri dish	Kwo Yi	N/A
Tweezer	Venus	2A
Digital dry cabinet	Jwo Ruey Technical	DRY-60
Dual-channel system sourcemeter	Keithley	2636B