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

Het algemene doel van deze procedure is om elektrolyt-gating te gebruiken om het aantal dragers te regelen en elektrisch-veld-geïnduceerde kwantumfaseovergangen in wolfraamdisulfide transistoren te bereiken. Deze techniek biedt een krachtige strategie voor het bereiken van kwantumfaseovergangen, inclusief elektrisch-veld-geïnduceerde supergeleiding. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat een sterk elektrisch veld kan worden gegenereerd, zelfs onder een lage biasvoltage, waardoor een grote dragerdichtheid wordt geïnduceerd door elektrostatica of elektrochemisch doping.

Om te beginnen met het bereiden van de nanobuisdispersie, combineer ongeveer 0,8 milligram wolfraamdisulfide nanobuizen met acht milliliter isopropylalcohol. Soniceer het mengsel gedurende 20 minuten om het nanobuispoeder in het isopropylalcohol te dispergeren. Om verhitting van de suspensie te voorkomen, laat het een minuut rusten na elke vijf minuten soniceren.

Schakel vervolgens een spin-coater en de bijbehorende vacuümpomp in. Plaats een schone silicium/siliciumdioxide substraat in het midden van de vacuümklem en fixeer deze op zijn plaats. Breng de 0,1 milligram per milliliter wolfraamdisulfide nanobuis suspensie in druppels aan op het substraat totdat het substraatoppervlak volledig bedekt is.

Spin-coat het substraat gedurende 50 seconden bij 4.000 tpm. Om te beginnen met het bereiden van de wolfraamdisulfide vlokken, plaats een kleine bulk monster van wolfraamdisulfide op de klevende kant van siliconen-vrije plakband. Vouw voorzichtig de tape op en uit om mechanisch een dunne laag wolfraamdisulfide van de bulk te exfolieren.

Ga door met vouwen en uitvouwen van de tape totdat de exfolieerde monster de tape bedekt als een dunne laag. Breng vervolgens de tape voorzichtig aan op het siliciumdioxide oppervlak van een schone silicium/siliciumdioxide substraat. Breng lichte druk aan op de tape om de wolfraamdisulfide vlokken op het substraat over te brengen.

Separeer voorzichtig de tape van het substraat, waardoor het substraatoppervlak bedekt blijft met dunne wolfraamdisulfide vlokken. Om te beginnen met het fabriceren van het apparaat, plaats een silicium/siliciumdioxide substraat bedekt met wolfraamdisulfide nanobuizen of dunne vlokken op het midden van een spin-coater vacuümklem. Breng druppels PMMA aan op het substraat totdat het oppervlak bedekt is.

Spin-coat het substraat gedurende 50 seconden bij 4.000 tpm om het substraat uniform te coaten met PMMA, waardoor de wolfraamdisulfide nanobuizen of vlokken worden beschermd tegen blootstelling aan lucht. Verhit het PMMA-gecoate substraat gedurende één minuut op 180 graden Celsius. Plaats vervolgens het substraat op de stage van een optisch microscoop uitgerust met een camera.

Inspecteer het substraat bij 20X vergroting en identificeer zes tot tien geïsoleerde wolfraamdisulfide monsters van geschikte grootte. Maak foto's van elk geïsoleerd monster bij 5X, 20X en 100X vergroting. Open vervolgens CAD-software en laad het substraat rasterformaat.

Importeer de foto's van de monsters en bepaal de grootte en locatie van elke foto aan de hand van de markeringen op het substraat. Teken een 1.200-micrometer vierkant en een 300-micrometer vierkant rond elk monster. Ontwerp grootschalige patronen inclusief gate, source, drain en andere pads in elk groot vierkant, met uitzondering van fijne structuren nabij de monsters.

Voeg markeringen toe in elk klein vierkant voor nauwkeurige identificatie van de monsterlocaties. Wanneer er patronen zijn ontworpen voor alle monsters, verwijder dan alle behalve de patronen en markeringen. Exporteer de patronen en markeringen als DXF-bestanden.

Plaats vervolgens het substraat op de monsterstage van een elektronenbundel litografie-instrument. Plaats de monsterstage in de hoofdkamer en begin met het vacuümpomp de kamer. Converteer het DXF-bestand van kleine markeringen naar een celbestand.

Markeer het bestand voor elektronenbundel litografie en sla het bestand op in het con-formaat voor het elektronenbundel litografie-instrument. Zodra de druk in de hoofdkamer lager is dan vijf keer 10 tot de negatieve vijf pascal, open de instrumentsoftware en zet de elektronenkanon aan. Patter het substraat met de kleine markeringen.

Patterneer vervolgens het substraat met de grotere ontwerpen met behulp van hetzelfde proces. Wanneer de litografie voltooid is, zet de elektronenbundel uit en sluit de software. Ventileer de hoofdkamer en verwijder het gepatterreerde substraat.

Ontwikkel het substraat door het 30 seconden onder te dompelen in een een-op-drie mengsel van methylisobutylketon en isopropylalcohol. Was het substraat met isopropylalcohol en droog het ontwikkelde substraat met een stikstofpistool. Maak nog een set foto's van elk monster bij 5X, 20X en 100X vergroting.

Importeer de afbeeldingen in CAD-software. Lokaliseer de afbeeldingen door de kleine markeringen. Ontwerp vervolgens de fijne structuur van het apparaat.

Patterneer het substraat met elektronenbundel litografie, ontwikkel en droog het substraat. Om te beginnen met het elektrodedepositionsproces, fixeer het gepatterreerde substraat op een dampdepositie substraathouder. Bevestig de substraathouder aan een overdrachtsstang en vacuüm de kamer.

Plaats vervolgens het substraat in de hoofdkamer van de verdamper. Begin met het draaien van de substraathouder. Evacueer de hoofdkamer.

Open de sluiter en depositeer vijf nanometer chroom als de initiële hechtlaag. Verhoog vervolgens de stroom tot 30 ampère. Damp goud af met een geschikte depositiesnelheid en -dikte.

Sluit de sluiter om het depositieproces te beëindigen. Verlaag langzaam de stroom tot nul en zet de stroombron uit. Stop vervolgens met het draaien van de substraathouder.

Laat het substraat een uur rusten in de kamer om af te koelen tot kamertemperatuur voordat je het verwijdert. Bedek vervolgens de pads en gate-elektroden met tape, zorg ervoor dat de fijne structuren van het apparaat worden blootgesteld. Depositeer een 20-nanometer siliciumdioxide laag om de elektroden te beschermen tijdens elektrolyt-gating.

Na het depositieproces