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

Het algemene doel van deze groeitechniek is om complexe verticale 2D-kristalheterostructuren tot stand te brengen, met goede controle over het aantal 2D-lagen, met behulp van vergelijkbare groiprocedures voor elk materiaal. Het grote voordeel van deze eenvoudige techniek is dat het vergelijkbare groeiprocedures voor verschillende 2D-materialen gebruikt en het een goede controle over het aantal lagen heeft. Deze techniek kan helpen bij het onderzoeken van praktische toepassingen van verticale 2D-materiaalheterostructuren, omdat het grotere verticale 2D-kristalheterostructuren kan produceren met verbeterde transistoreigenschappen in vergelijking met structuren van één materiaal.

Om de procedure te beginnen, monteer een schone C-vlak twee centimeter bij twee centimeter saffiersubstraat op de monsterstandaard van een RF-sputteringsysteem, met de gepolijste kant naar de molybdeentarget. Pomp de monsterschaal naar drie keer 10 tot de negatieve zes torens. Injecteer argongas in het systeem met 40 milliliter per minuut en zorg ervoor dat de kamerdruk stabiel is op vijf keer 10 tot de negatieve twee torens.

Ontsteek het plasma en stel het vermogen uit op 40 watt. Verlaag de kamerdruk tot vijf keer 10 tot de negen negen torens. Open dan handmatig de molybdeentargetsluiter en deponeer het metaal gedurende 30 seconden.

Zorg ervoor dat het uitgangsvermogen constant blijft tijdens de depositie. Wanneer het sputteren is voltooid, plaatst u de substraat in een kwartmonsterhouder met de metalen film naar boven. Plaats de substraat in het midden van de verwarmingszone van een gekalibreerd buisvormige oven.

Plaats 1,5 gram zwavelpoeder in een aluminaverwarmingsboot. Plaats de boot twee centimeter stroomopwaarts van de verwarmingszone zodat de zwaveltemperatuur 120 graden Celsius zal zijn wanneer de substraat 800 graden Celsius bereikt. Sluit en pomp de oven naar vijf keer 10 tot de negen negen torens.

Laat vervolgens argongas door de oven stromen met 130 milliliter per minuut. Zorg ervoor dat de ovendruk stabiliseert op 0,7 torens. Verhoog de oven van kamertemperatuur tot 800 graden Celsius met 20 graden Celsius per minuut.

Houd de oven op 800 graden Celsius totdat de zwavel volledig is verdampt. Schakel vervolgens de ovenwarmte uit en laat de substraat afkoelen tot kamertemperatuur onder een stroom argon. Monteer vervolgens de substraat in het RF-sputteringsysteem met de molybdeendisulfidefilm naar de wolfraamtarget gericht.

Sputter wolfraam op het substraat gedurende 30 seconden met dezelfde instellingen als voor molybdeen. Plaats de met wolfraam bedekte substraat in het midden van de verwarmingszone van de oven en één gram zwavelpoeder twee centimeter stroomopwaarts van de verwarmingszone. Zwavel het wolfraamfilm met dezelfde parameters als voor de molybdeenfilm.

Om de dunne filmoverdracht te beginnen, draai drie druppels polymethylmethacrylaat gedurende 10 seconden op een voorbereide overgangsmetaaldichalcogenide film met 500 en 800 omwentelingen per minuut. Laat de PMMA drogen bij 120 graden Celsius gedurende vijf minuten. Plaats vervolgens de PMMA-gecoate substraat in een petrischaal gevuld met gedeïoniseerd water.

Gebruik pincetten met ronde, platte uiteinden om voorzichtig een hoek van de PMMA met de bijgevoegde TMD-film van de substraat te pellen. Breng de substraat over naar een eenmolaire waterige kaliumhydroxide-oplossing verwarmd tot 100 graden Celsius. Pel voorzichtig de hele PMMA TMD-film van de substraat met behulp van pincetten.

Schep de PMMA TMD-film van de kaliumhydroxide-oplossing met een andere schone saffiersubstraat met de gepolijste kant naar de film. Breng de film over naar een beker met gedeïoniseerd water. Breng de film over naar vers gedeïoniseerd water nog drie keer op dezelfde manier, om ervoor te zorgen dat resterend kaliumhydroxide volledig is verwijderd.

Verkrijg vervolgens een 300 nanometer dikke P-type siliciumdioxide op silicium substraat gepatroond met titanium- of gouden elektroden. Dompel de gepatroond substraat in het laatste beker met gedeïoniseerd water en bevestig voorzichtig de TMD-film aan het substraat. Bak de substraat met de bevestigde film bij 100 graden Celsius gedurende drie minuten om het water te laten verdampen.

Bedek het substraatoppervlak met PMMA om ervoor te zorgen dat de film stevig aan het substraat is bevestigd. Droog de substraat in een elektronische droogkast gedurende acht uur. Verwijder vervolgens de PMMA-laag en gebruik fotolitografie en reactieve ionetching om een TMD-heterostructuurtransistor te fabriceren.

Het molybdeensulveringmechanisme werd onderzocht met HRTEM. Onder zwavelrijke omstandigheden, verving het zwavel snel de zuurstof van molybdeenoxiden, waardoor uiteindelijk een uniforme film met een controleerbaar aantal lagen werd gevormd. Molybdeenoxide segregatie en coalescentie was de dominante vroege groeimechanisme in zwavelarme omstandigheden.

Ramanspectroscopie van afzonderlijke molybdeendisulfide en wolfraamdisulfide films vertoonde elk twee karakteristieke pieken. HRTEM toonde vijf molybdeendisulfide lagen en vier wolfraamdisulfide lagen. Achtereenvolgende metalen depositie resulteerde in een wolfraamdisulfide molybdeendisulfide verticale heterostructuur.

Zowel de sets van karakteristieke pieken waren duidelijk in het Ramen-spectrum. De vorming van een verticale TMD-heterostructuur werd ondersteund door herhaald atomair etsen van individuele wolfraamdisulfide lagen totdat alleen molybdeendisulfide overbleef. Een transistor gemaakt met een wolfraamdisulfide molybdeendisulfide enkele heterostructuur toonde een aanzienlijk hogere drain-stroom aan in vergelijking met een transistor gemaakt met alleen molybdeendisulfide.

De enkele heterostructuurtransistor had een hogere veldeffectmobiliteitswaarde, wat het gevolg kan zijn geweest van elektronenjiectie van wolfraamdisulfide naar molybdeendisulfide en van kanalen met hogere elektronenconcentraties onder thermisch evenwicht. Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u apparatuur en procedures kunt gebruiken die zijn getoond om gemakkelijk verticale 2D-