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.
Methodenartikel
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.
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.
Een van de meest voorkomende methoden voor 2D kristal films is met behulp van mechanische afschilfering van bulk materialen1,2,3,4,5. 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 bereid6,7,8,9 kunnen. Directe groei van grafeen op saffier substraten en layer-nummer-controleerbaar Mnd2 films voorbereid door het herhalen van het zelfde groeicyclus zijn ook aangetoond dat het gebruik van de CVD groei techniek10,11. In een recente publicatie gefabriceerd in-plane WSe2/MoS2 hetero-structuur vlokken ook zijn met behulp van de12van CVD groei techniek. Hoewel de CVD groei techniek alvast veelbelovend is bij het verstrekken van schaalbare 2D kristal films, is het belangrijkste nadeel van deze groei-techniek dat verschillende precursoren moeten worden gevonden voor verschillende 2D kristallen. De groei-omstandigheden verschillen ook tussen verschillende 2D kristallen. In dit geval zal de groei-procedures worden ingewikkelder wanneer de vraag toeneemt voor 2D hetero-kristalstructuren.
Vergeleken met de CVD groei techniek, heeft de sulfurization van eerder afgegeven overgangsmetalen films voorzien in een soortgelijke, maar veel eenvoudiger groei aanpak TMDS-13,14. Aangezien de groei procedure hiervoor alleen metalen afzetting en sulfurization volgt, is het mogelijk om te groeien verschillende TMDs via dezelfde groei procedures. Aan de andere kant, kan de laag aantal controleerbaarheid van de 2D kristallen ook worden bereikt door het veranderen van de eerder afgegeven overgangsmetalen diktes. In dit geval groei optimalisatie en laag nummer controle tot één laag zijn vereist voor verschillende TMDs. begrip van de mechanismen van de groei is ook zeer belangrijk voor de oprichting van ingewikkelde TMD hetero-structuren met behulp van deze methode.
In dit papier en Mnd2 , WS2 zijn films opgesteld onder soortgelijke procedures van de groei van de metalen afzetting, gevolgd door de procedure sulfurization. Met de resultaten van de sulfurization van Mo films onder zwavel voldoende en gebrekkige omstandigheden, worden twee groei mechanismen waargenomen tijdens de procedure sulfurization15. Onder de voldoende voorwaarde van zwavel, kan een uniform en layer-nummer-controleerbaar Mnd2 film worden verkregen nadat de procedure is sulfurization. Wanneer het monster is sulfurized onder de gebrekkige toestand van zwavel, volstaat de achtergrond zwavel niet om te vormen van een complete Mnd2 film zodanig dat de Mo oxide segregatie en samenvoeging zal de dominante mechanisme in de vroege groei fase. Een monster met Mo oxide clusters paar lagen van Mnd2 vallende zal verkregen worden na de sulfurization procedure15. Door middel van opeenvolgende metalen afzetting en volgende sulfurization procedures, kan WS2/MoS2 verticale hetero-structuren met laag aantal controleerbaarheid tot één laag worden voorbereid15,16. Met deze techniek kan een monster is verkregen op een enkele saffier substraat met vier regio's: (I) leeg saffier substraat, (II) standalone Mnd2, (III) WS2/MoS2 hetero-structuur en (IV) standalone WS217 . De resultaten tonen aan dat de groei-techniek gunstig voor de oprichting van verticale 2D hetero-kristalstructuur is en selectieve groei staat is. De prestaties van de verbeterde apparaat van 2D hetero-kristalstructuren markeert de eerste stap naar praktische toepassingen voor 2D kristallen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. groei van individuele 2D materiaal (Mnd2 en WS-2)
2. de groei van de WS2/MoS2 verticale Single Hetero-structuur
Opmerking: Deze sectie wordt gebruikt om te maken een enkele hetero-structuur die bestaat uit een saffier laag met 5 lagen van Mnd2 en 4 lagen WS,2.
3. de overdracht van de Film en het apparaat Fabrication Procedures
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
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
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
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...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door projecten meest 105-2221-E-001-011-MY3 en meest 105-2622-8-002-001 gefinancierd door het ministerie van wetenschap en technologie, Taiwan, en gedeeltelijk door de gerichte project gefinancierd door het Research Center voor toegepaste wetenschappen, Academia Sinica, Taiwan.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| RF sputtering systeem | Kao Duen Technology | N/A | |
| Oven voor zwavelbehandeling | Creating Nano Technologies | N/A | |
| Polymethylmethacrylaat (PMMA) | Microchem | 8110788 | Ontvlambaar |
| KOH, > 85% | Sigma-Aldrich | 30603 | |
| Aceton, 99,5% | Echo Chemical | CMOS110 | |
| Zwavel (S), 99,5% | Sigma-Aldrich | 13803 | |
| Molybdeen (Mo), 99,95% | Summit-Tech | N/A | |
| Wolfraam (W), 99,95% | Summit-Tech | N/A | |
| C-vlak saffier substraat | Summit-Tech | X171999 | (0001) ± 0,2 ° eenzijdig gepolijst |
| 300 nm SiO2/Si substraat | Summit-Tech | 2YCDDM | P-type Si substraat, resistiviteit: 1-10 Ω · cm. |
| Staalhouder (sputtering systeem) | Kao Duen Technology | N/A | Keramische materialen |
| Mechanische pomp (sputtering systeem) | Ulvac | D-330DK | |
| Diffusie pomp (sputtering systeem) | Ulvac | ULK-06A | |
| Massaflow controller | Brooks | 5850E | De maximale Argon flow is 400 mL/min |
| Manuele wielhoek poppet klep | King Lai | N/A | Vacuumbereik van 2500 ~ 1 × 10-8 torr |
| Raman meetsysteem | Horiba | Jobin Yvon LabRAM HR800 | |
| Transmissie elektronenmicroscopie | Fei | Tecnai G2 F20 | |
| Petrischaal | Kwo Yi | N/A | |
| Pincet | Venus | 2A | |
| Digitale droge kast | Jwo Ruey Technical | DRY-60 | |
| Dual-kanaal systeem sourcemeter | Keithley | 2636B |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen