Name: Voorbereiding van groot-gebied verticale 2D Crystal Hetero-structuren door de Sulfurization van overgangsmetalen Films voor de fabricatie van apparaat (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-11-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 50 s
Description: Leer hoe u grote verticale 2D-kristalheterostructuren fabriceert door overgangsmetaalfilms te sulfideren. Deze methode maakt precieze laagcontrole van MoS₂ en WS₂ mogelijk voor verbeterde transistorprestaties.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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.

1. groei van individuele 2D materiaal (Mnd2 en WS-2)
<ol><li>
Overgangsmetalen afzetting met behulp van een RF systeem sputteren
	<ol>
<li>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.</li>
		<li>Pomp beneden het sputteren kamer naar 3 x 10-6 torr sequentieel gebruik van een mechanische pomp gevolgd door een diffusie-pomp.</li>
		<li>Het Ar-gas injecteren in het sputteren systeem en houd de gasstroom bij 40 mL/min met behulp van een massale Stroomregelaar (MFC).</li>
		<li>Kamer druk blijven uitoefenen op 5 x 10-2 torr met behulp van een manuele druk regelventiel en ontbranden van de Ar-plasma. Houd het vermogen op 40 W.</li>
		<li>Verlaag de kamer druk 5 x 10-3 torr met behulp van een handmatige wiel hoek popje ventiel.</li>
		<li>Handmatig open de sluiter tussen de saffier substraat en de metalen doelstelling van 2-inch en start de metalen afzetting. Tijdens de procedure van de depositie, houden de sputteren macht op 40 W voor zowel Mo en W. De druk van de achtergrond wordt gehouden op 5 × 10-3 torr met 40 mL/min Ar gasstroom.</li>
		<li>Controle van het sputteren tijd te deponeren van overgangsmetalen films met verschillende diktes. Als gevolg van de dunne metalen dikte krijgt sputteren keer betere controle over de laagdikte dan de lezingen van de resonator kwartskristal. Opmerking: De laag aantal Mnd2 en WS2 gegroeid met behulp van de methode die in het huidige manuscript besproken zijn evenredig met het sputteren tijden van de eerder afgegeven Mo en W films. De bepaling van het sputteren tijden te verkrijgen Mnd2 en WS2 met vereist laag nummers is gebaseerd op de transversale high-resolution transmissie-elektronenmicroscopie (HRTEM) afbeeldingen voor monsters met een sputteren onverpakt. Echter, als de eerder afgegeven Mo en W films te dik zijn, Mo en W oxide segregatie wordt het dominante groei mechanisme, in plaats van vlakke Mnd2 en WS2 film groei. Daarom, de proportionaliteit van laag getallen met de sputteren tijden is beperkt tot enkele-laag TMDs. Met de toestand van de groei van MoS,2 in het huidige manuscript zullen de getallen van laag evenredig aan het sputteren momenten waarop de Mnd2 film minder dan 10 lagen is. Het sputteren tijd is 30 s voor de groei van 5-laags Mnd2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
De sulfurization van de film van overgangsmetalen
	<ol>
<li>Plaats de saffier substraten met eerder afgegeven overgangsmetalen films in het midden van een warme oven voor sulfurization.</li>
		<li>Plaats het zwavel (S) poeder stroomopwaarts van de gasstroom, 2 cm buiten de verwarmingszone van de oven. In deze positie, zal de verdamping temperatuur voor het poeder S 120 ° C zijn wanneer de temperatuur van het substraat tot 800 ° C. stijgt Nauwkeurig bepalen het gewicht van de poeder S voor verschillende overgangsmetalen voor sulfurization. In het werk is het gewicht van de poeder S 1,5 g voor Mo en 1,0 g voor W. Opmerking: We bepalen zwavel poeder bedragen voor de bereiding van Mnd2 en WS2 films gebaseerd op de resultaten voor elk materiaal dat is opgesteld op basis van verschillende hoeveelheden zwavel poeder.</li>
		<li>Houd de oven druk op 0.7 torr. Tijdens de procedure sulfurization, werd 130 mL/min Ar gas gebruikt als draaggas.</li>
		<li>De temperatuur van de oven van kamertemperatuur tot 800 ° C in 40 minuten met een ramping tarief van de temperatuur van 20 ° C/min. helling houden de temperatuur bij 800 ° C tot het zwavel poeder volledig is verdampt. Daarna is de kracht van de kachel te verlagen van de temperatuur van de oven uitgeschakeld. Het duurt ongeveer 30 tot 40 minuten voor de oven tot kamertemperatuur van 800 ° C.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Raman spectrum metingen met behulp van een 488 nm laser15,16,17uit te voeren. De transversale beelden van de HRTEM om te controleren of de nummers van de laag van de 2D kristallen15,16,17te verkrijgen.</li>
</ol>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.
<ol><li>Volg dezelfde procedure als stap 1.1. Storten van de Mo-film op de saffier substraat met behulp van de RF-systeem met een 30 sputteren s tijd sputteren.</li>
	<li>Sulfurize van de film van de Mo na dezelfde sulfurization procedures zoals stap 1.2 voor de groei van MoS2. Vijf lagen van Mnd2 zal worden verkregen na het sulfurization procedure.</li>
	<li>Volg dezelfde procedures als stap 1.1. Storten van de W-film op de Mnd2/saffier substraat met behulp van de RF-systeem met een 30 sputteren s tijd sputteren.</li>
	<li>Sulfurize de W film volgens dezelfde procedure voor stap 1.2 voor de groei van WS2sulfurization. Vier lagen van WS2 zal worden verkregen op de top van de Mnd2 na de ingreep sulfurization. Opmerking: De metalen afzetting en sulfurization procedure is hetzelfde als de individuele materiaal. Het sputteren tijden van de Mo en W films worden bepaald afhankelijk van het vereiste laag aantal Mnd2 en WS2 lagen. Double - of multi-hetero-structuren kan worden vastgesteld door het dezelfde groei procédé. De volgorde van de TMDs in de verticale hetero-structuren kan ook afhankelijk van de structuur van de steekproef worden gewijzigd.</li>
</ol>3. de overdracht van de Film en het apparaat Fabrication Procedures
<ol><li>
De overdracht van de procedure van de 2D kristal films film
	<ol>
<li>Spin coat drie druppels poly(methyl methacrylate) (PMMA) op de TMD film ter dekking van de hele film bij kamertemperatuur. De snelheden van de rotatie van de twee fasen van het kringveld zijn 500 rpm voor 10 s en 800 rpm voor 10 s. Na uitharding bij 120 ° C gedurende 5 minuten is de PMMA-dikte ongeveer 3 µm.</li>
		<li>Leg het PMMA/TMD/Sapphire monster in een petrischaal die is gevuld met gedeïoniseerd water (DI).</li>
		<li>Een van de hoeken van de PMMA/TMD-film van de saffier substraat met pincet in DI water afschilferen.</li>
		<li>Verwarm 250 mL van 1 M KOH waterige oplossing (14 g KOH pellets gemengd met 250 mL water) in een bekerglas van 100 ° c. Verplaatsen van het monster in de verwarmde KOH waterige oplossing en blijven de PMMA/TMD film peeling totdat de film wordt volledig gepeld af van het substraat. Peeling vereist ongeveer 1 minuut te voltooien.</li>
		<li>Gebruik een aparte saffier substraat om opscheppen de PMMA/TMD-film van de KOH-oplossing. De film naar een 250 mL-bekerglas gevuld met DI water om te afwassen residu KOH op de film verplaatsen In dit stadium is de hechting tussen de PMMA/TMD-film en de saffier substraat te schep de film zwak. Daarom zal de film-hechten van de saffier substraat na onderdompeling in het DI-water.</li>
		<li>Herhaal stap 3.1.4 - 3.1.5 driemaal met behulp van nieuwe DI water moet ervoor zorgen dat het grootste deel van het residu KOH wordt verwijderd uit de film. Opmerking: De hechting tussen elke TMD laag is veel sterker dan TMDs met een sapphire substraat. Daarom kan dezelfde inbrengende procedure worden toegepast op afzonderlijke Mnd2/WS2 materialen of hun hetero-structuren. De 2D kristal films zal worden volledig geschild af van het substraat, dat is vergelijkbaar met de peeling van de Mnd2/graphene hetero-structuur besproken in een eerdere publicatie18. Afhankelijk van het doel van de overdracht van de film, kan het substraat genoemd in deze stap een saffier substraat of een SiO2/Si substraat met eerder afgegeven elektroden, zoals beschreven in stap 3.2. Andere substraten kunnen ook worden gebruikt voor dit doel.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
De fabricage van 2D kristal transistoren.
	<ol>
<li>Gebruik standaard fotolithografie elektrode patronen van SiO2/Si substraten15,16,17te definiëren. Bron- en afvoer elektroden gemaakt van 10 nm titanium (Ti) of 100 nm goud (Au) zijn vervaardigd op een 300 nm SiO2/p-type Si substraat.</li>
		<li>Dompel de SiO2/Si substraat met vooraf patroon bron/afvoer elektroden af in het bekerglas gevuld met DI water en voegt u aan de TMD-kant van de film PMMA/TMD zoals voorbereid in stap 3.1.</li>
		<li>Bak het monster bij 100 ° C gedurende 3 minuten, nadat de film is vastgemaakt aan het SiO2/Si substraat, water residu te verwijderen.</li>
		<li>Druppelen drie druppels van PMMA op het monster met de PMMA/TMD film te dekken het hele oppervlak en maken de film meer stevig op de ondergrond.</li>
		<li>Leg het monster in een elektronische droge kabinet gedurende ten minste 8 uur voordat u naar de volgende stap.</li>
		<li>Vul twee verschillende 250 mL Bekerglazen met aceton. Dompel het monster bevestigd met de PMMA/TMD film achter elkaar in de twee verschillende bekerglazen gevuld met aceton voor 50 en 10 min, respectievelijk, schakel de PMMA toplaag.</li>
		<li>Definieer de transistor-kanaal met behulp van standaard foto-lithografie en reactieve-ion etching15,16,17. Rug-gate Mnd2 en WS2/MoS2 hetero-structuur transistors zijn verzonnen15,16,17. De kanaal lengte en breedte van de apparaten zijn 5 en 150 μm, respectievelijk.</li>
		<li>Gebruik een tweekanaals systeem sourcemeter instrument voor het meten van de stroom-spanning-eigenschappen van de transistors15,16,17.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Moldt, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Yield+Production+and+Transfer+of+Graphene+Flakes+Obtained+by+Anodic+Bonding%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">High-Yield Production and Transfer of Graphene Flakes Obtained by Anodic Bonding.</a> ACS Nano. 5, 7700-7706 (2011).</li>
<li>Choi, W., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201201909/abstract">High-Detectivity Multilayer MoS2 Phototransistors with Spectral Response from Ultraviolet to Infrared.</a> Adv. Mater. 24, 5832-5836 (2012).</li>
<li>Liu, H., Neal, A. T., Ye, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Channel+Length+Scaling+of+MoS2+MOSFETs%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Channel Length Scaling of MoS2 MOSFETs.</a> ACS Nano. 6, 8563-8569 (2012).</li>
<li>Wang, Q. H., Kalantar-Zadeh, K., Kis, A., Coleman, J. N., Strano, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronics+and+optoelectronics+of+two-dimensional+transition+metal+dichalcogenides%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides.</a> Nat. Nanotechnol. 7, 699-712 (2012).</li>
<li>Radisavljevic, B., Radenovic, A., Brivio, J., Giacometti, V., Kis, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-layer+MoS2+transistors%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Single-layer MoS2 transistors.</a> Nat. Nanotechnol. 6, 147-150 (2011).</li>
<li>Lee, Y. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+Large-Area+MoS2+Atomic+Layers+with+Chemical+Vapor+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Synthesis of Large-Area MoS2 Atomic Layers with Chemical Vapor Deposition.</a> Adv. Mater. 24, 2320-2325 (2012).</li>
<li>Yu, Y., Li, C., Liu, Y., Su, L., Zhang, Y., Cao, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+Scalable+Synthesis+of+Uniform%2C+High-Quality+Monolayer+and+Few-layer+MoS2+Films%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Controlled Scalable Synthesis of Uniform, High-Quality Monolayer and Few-layer MoS2 Films.</a> Sci. Rep. 3, 1866(2013).</li>
<li>Ling, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+the+Seeding+Promoter+in+MoS2+Growth+by+Chemical+Vapor+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Role of the Seeding Promoter in MoS2 Growth by Chemical Vapor Deposition.</a> Nano Lett. 14, 464-472 (2014).</li>
<li>Lee, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+wafer-scale+uniform+molybdenum+disulfide+films+with+control+over+the+layer+number+using+a+gas+phase+sulfur+precursor%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Synthesis of wafer-scale uniform molybdenum disulfide films with control over the layer number using a gas phase sulfur precursor.</a> Nanoscale. 6, 2821-2826 (2014).</li>
<li>Lin, M. Y., Su, C. F., Lee, S. C., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4883359">The Growth Mechanisms of Graphene Directly on Sapphire Substrates using the Chemical Vapor Deposition.</a> J. Appl. Phys. 115, 223510(2014).</li>
<li>Wu, C. R., Chang, X. R., Chang, S. W., Chang, C. E., Wu, C. H., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/48/43/435101/meta">Multilayer MoS2 prepared by one-time and repeated chemical vapor depositions: anomalous Raman shifts and transistors with high ON/OFF ratio.</a> J. Phys. D Appl. Phys. 48, 435101(2015).</li>
<li>Li, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epitaxial+growth+of+a+monolayer+WSe2-MoS2+lateral+p-n+junction+with+an+atomically+sharp+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Epitaxial growth of a monolayer WSe2-MoS2 lateral p-n junction with an atomically sharp interface.</a> Science. 349, 524-528 (2015).</li>
<li>Zhan, Y., Liu, Z., Najmaei, S., Ajayan, M. P., Lou, J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201102654/abstract">Large-area vapor-phase growth and characterization of MoS2 atomic layers on a SiO2 substrate.</a> Small. 8, 966(2012).</li>
<li>Woods, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.5b06126">One-Step Synthesis of MoS2/WS2 Layered Heterostructures and Catalytic Activity of Defective Transition Metal Dichalcogenide Films.</a> ACS Nano. 10, 2004-2009 (2016).</li>
<li>Wu, C. R., Chang, X. R., Wu, C. H., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28176836">The Growth Mechanism of Transition Metal Dichalcogenides using Sulfurization of Pre-deposited Transition Metals and the 2D Crystal Hetero-structure Establishment.</a> Sci. Rep. 7, 42146(2017).</li>
<li>Chen, K. C., Chu, T. W., Wu, C. R., Lee, S. C., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6463/aa52b6/pdf">Layer Number Controllability of Transition-metal Dichalcogenides and The Establishment of Hetero-structures using Sulfurization of Thin Transition Metal Films.</a> J. of Phys. D: Appl. Phy. 50, 064001(2017).</li>
<li>Wu, C. R., Chang, X. R., Chu, T. W., Chen, H. A., Wu, C. H., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Establishment+of+2D+Crystal+Heterostructures+by+Sulfurization+of+Sequential+Transition+Metal+Depositions%3A+Preparation%2C+Characterization%2C+and+Selective+Growth%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Establishment of 2D Crystal Heterostructures by Sulfurization of Sequential Transition Metal Depositions: Preparation, Characterization, and Selective Growth.</a> Nano Lett. 16, 7093-7097 (2016).</li>
<li>Lin, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4893448">Toward epitaxially grown two-dimensional crystal hetero-structures: Single and double MoS2/graphene hetero-structures by chemical vapor depositions.</a> Appl. Phys. Lett. 105, 073501(2014).</li>
<li>Lee, C., Yan, H., Brus, L. E., Heinz, T. F., Hone, J., Ryu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anomalous+Lattice+Vibrations+of+Single+and+Few-Layer+MoS2%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Anomalous Lattice Vibrations of Single and Few-Layer MoS2.</a> ACS Nano. 4, 2695-2700 (2010).</li>
<li>Chen, K. C., Chu, T. W., Wu, C. R., Lee, S. C., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1583/aa75a7">Atomic Layer Etchings of Transition Metal Dichalcogenides with Post Healing Procedures: Equivalent Selective Etching of 2D Crystal Hetero-structures.</a> 2D Mater. 4, 034001(2017).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

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...

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.

<table><tbody><tr><td>RF sputtering systeem</td><td>Kao Duen Technology</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Oven voor zwavelbehandeling</td><td>Creating Nano Technologies</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Polymethylmethacrylaat (PMMA)</td><td>Microchem</td><td>8110788</td><td>Ontvlambaar</td></tr><tr><td>KOH, > 85%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>30603</td><td></td></tr><tr><td>Aceton, 99,5%</td><td>Echo Chemical</td><td>CMOS110</td><td></td></tr><tr><td>Zwavel (S), 99,5%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>13803</td><td></td></tr><tr><td>Molybdeen (Mo), 99,95%</td><td>Summit-Tech</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Wolfraam (W), 99,95%</td><td>Summit-Tech</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>C-vlak saffier substraat</td><td>Summit-Tech</td><td>X171999</td><td>(0001) ± 0,2 ° eenzijdig gepolijst</td></tr><tr><td>300 nm SiO2/Si substraat</td><td>Summit-Tech</td><td>2YCDDM</td><td>P-type Si substraat, resistiviteit: 1-10 Ω · cm.</td></tr><tr><td>Staalhouder (sputtering systeem)</td><td>Kao Duen Technology</td><td>N/A</td><td>Keramische materialen</td></tr><tr><td>Mechanische pomp (sputtering systeem)</td><td>Ulvac</td><td>D-330DK</td><td></td></tr><tr><td>Diffusie pomp (sputtering systeem)</td><td>Ulvac</td><td>ULK-06A</td><td></td></tr><tr><td>Massaflow controller</td><td>Brooks</td><td>5850E</td><td>De maximale Argon flow is 400 mL/min</td></tr><tr><td>Manuele wielhoek poppet klep</td><td>King Lai</td><td>N/A</td><td>Vacuumbereik van 2500 ~ 1 × 10-8 torr</td></tr><tr><td>Raman meetsysteem</td><td>Horiba</td><td>Jobin Yvon LabRAM HR800</td><td></td></tr><tr><td>Transmissie elektronenmicroscopie</td><td>Fei</td><td>Tecnai G2 F20</td><td></td></tr><tr><td>Petrischaal</td><td>Kwo Yi</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Pincet</td><td>Venus</td><td>2A</td><td></td></tr><tr><td>Digitale droge kast</td><td>Jwo Ruey Technical</td><td>DRY-60</td><td></td></tr><tr><td>Dual-kanaal systeem sourcemeter</td><td>Keithley</td><td>2636B</td><td></td></tr></tbody></table>

voorbereiding van groot-gebied verticale 2d crystal hetero-structuren door de sulfurization van overgangsmetalen films voor de fabricatie van apparaat

Preparation of Large-area Vertical 2D Crystal Hetero-structures Through the Sulfurization of Transition Metal Films for Device Fabrication

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.

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 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56494/56494e...

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.

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

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition ...

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-

preparation-large-area-vertical-2d-crystal-hetero-structures-through

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Een methode voor de groei van laagtemperatuur verticaal uitgelijnde koolstofnanobuizen, en de daaropvolgende fabricage van verticale interconnect elektrische teststructuren met behulp van halfgeleiderfabricage wordt gepresenteerd.

Fabricage van Low Temperature koolstof nanobuis Verticale Verbindingen Compatibel met halfgeleidertechnologie

We beschrijven de methodologie van mechanische exfoliatie en depositie van vlokken van nieuwe materialen met micrometergrootte op een substraat, fabricage van experimentele apparaatstructuren voor transportexperimenten, en de magnetotransportmeting in een droge helium gesloten-cyclus cryostat bij temperaturen tot 0,300 K en magnetische velden tot 12 T.

Geavanceerde experimentele methoden voor lage-temperatuur magnetotransport Meting van nieuwe materialen

In kolomvorm zinkoxide structuren in de vorm van staven worden gesynthetiseerd via aerosol-bijgewoonde chemische damp afzetting zonder het gebruik van vooraf gedeponeerde katalysator-zaad deeltjes. Deze methode is schaalbaar en compatibel met verschillende ondergronden op basis van silicium, kwarts of polymeren.

Aerosol-bijgewoonde Chemical Vapor Deposition van metaaloxide structuren: zinkoxide staven

Hier presenteren we een protocol om te controleren het verbindingsnummer in vaste stoffen met behulp van de elektrolyt.

Elektrische-veldbesturingselement van elektronische Staten in WS2 nanoapparaten door het elektrolyt Gating

Hier presenteren we een één-pot, overgang-metaalvrije synthese van thiolen en thioesters van aromatische halogeniden en natrium thiomethoxide, gevolgd door de voorbereiding van enkele kristallen van een metaal-dithiolene-netwerk met behulp van thiol soorten gegenereerd in situ van de meer stabiele en hanteerbare thio-ester.

Synthese van een Thiol bouwsteen voor de kristallisatie van een halfgeleidende Gyroidal metaal-zwavel-kader

Het artikel beoogt de invoering van een standaard en betrouwbare fabricage-procedure voor de ontwikkeling van toekomstige lage dimensionale nano-elektronica.

Een standaard en betrouwbare methode om te fabriceren tweedimensionale nano-elektronica

Een eenvoudige, reproduceerbare en veelzijdige aanpak voor de synthese van intergrown, polykristallijne metaal-organische kader membranen op een breed scala van ongewijzigde poreuze en niet-poreuze ondersteunt wordt gepresenteerd.

Elektroforetische kristallisatie van ultradunne High-performance metaal-organische kader membranen

In dit werk beschrijven we een techniek die wordt gebruikt om nieuwe kristallen (van der Waals heterostructures) te maken door het stapelen van ultradunne gelaagde 2D-materialen met nauwkeurige controle over positie en relatieve oriëntatie.

Van der Waals Heterostructures met precieze rotatie uitlijning

Dit werk presenteert een gedetailleerd protocol voor de microfabrication van nanogestructureerde α-kwarts cantilever op een Silicon-On-Insulator (SOI) technologiesubstraat beginnend bij de epitaxiale groei van kwartsfilm met de dipcoatingmethode en vervolgens nanostructuratie van de dunne film via nanoimprintlithografie.

Epitaxiale nanogestructureerde α-quartzfilms op silicium: van materiaal tot nieuwe apparaten

Deze studie presenteert een residuvrije fabricagemethodologie voor het produceren van enkele vlokken van tweedimensionale materialen en het samenvoegen ervan tot complexe heterostructuren met alleen van der Waals-interacties. De techniek elimineert de noodzaak van externe stoffen en specifieke experimentele omstandigheden, waardoor complexe heterostructuurassemblages mogelijk zijn door middel van bottom-up, top-down en modulaire stapelprocessen.

Residuvrije fabricage van van der Waals heterostructuren van tweedimensionale materialen

De twee-thermische gloeimethode maakt de fabricage van dunne films van type II halfgeleider siliciumclathraat mogelijk. Post-synthesebehandelingen, waaronder thermisch persen en reactief ionenetsen, werden uitgevoerd om de materiaaleigenschappen te verbeteren. Deze benadering biedt een toegankelijk pad voor het vervaardigen van afstembare clathraatfilms die geschikt zijn voor elektronische en fotonische apparaten van de volgende generatie.

Fabricage en optimalisatie van type II siliciumclathraatfilms

Leer hoe u grote verticale 2D-kristalheterostructuren fabriceert door overgangsmetaalfilms te sulfideren. Deze methode maakt precieze laagcontrole van MoS₂ en WS₂ mogelijk voor verbeterde transistorprestaties.

Voorbereiding van groot-gebied verticale 2D Crystal Hetero-structuren door de Sulfurization van overgangsmetalen Films voor de fabricatie van apparaat (Video) | JoVE Journal

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

Meer video's verkennen