Geoptimaliseerde fabricageprocedure voor hoogwaardige Moiré Superlattice-apparaten op basis van grafeen

Ons onderzoek is gericht op de kwantumelektronische eigenschappen van tweedimensionale materialen en hun heterostructuren, met als doel nieuwe kwantumverschijnselen te ontdekken en te onderzoeken en nieuwe elektronische apparaten te ontwikkelen. We waren pioniers op het gebied van twist turnings, waarbij de eigenschappen van de heterostructuren van tweedimensionale materialen veranderen als functie van de hoek tussen de lagen. De meest impactvolle ontdekking was superconnectiviteit in magische angiografie.

Het bereiken van een nauwkeurige draaihoek blijft een uitdaging vanwege de verwarmingsstoornis en roosterontspanning die tijdens het nanofabricageproces wordt geïntroduceerd, wat vaak leidt tot het bedenken van homogeniteit en het beperken van de reproduceerbaarheid over monsters. Dit protocol weerspiegelt onze ervaring met het optimaliseren van elke fabricagestap om de uniformiteit en opbrengst te verbeteren, waardoor meer onderzoekers op betrouwbare wijze grafeenmoiré-apparaten van hoge kwaliteit kunnen bouwen en de vooruitgang op dit gebied kunnen versnellen.

[Verteller] Plaats om te beginnen een grafeenwafer op de monsterfase van de transferopstelling, geïntegreerd met een supercontinuümlaser. Gebruik een doorkijkje om het Inkscape-venster semi-transparant te maken terwijl het boven het cameravenster zweeft. Gebruik de functie BZA-curven en rechte lijnen tekenen in Inkscape om de grafeengrens en de geplande lasersnijlijnen te schetsen. Schakel nu de laser in en verhoog de intensiteit totdat de straalvlek zichtbaar is. Pas de monsterfase aan om de straalspot uit te lijnen met het begin van een geplande lasersnijlijn. Verplaats vervolgens de monstertafel om de straalspot langs de geplande lasersnijlijn te geleiden. Nadat u de laserintensiteit op nul hebt gezet, inspecteert u de lasersnijlijn. Herhaal de stappen totdat alle geplande lijnen met een laser zijn gesneden. Om de bovenste zeshoekige boornitrietvlok op te pakken, past u de oriëntatie van de vlok aan totdat de liniaal verticaal is en aan de rechterkant ligt. Klem de glasplaat voorzichtig met de PC- en PDMS-stempel in de fitting in een neerwaartse kantelhoek van twee tot drie graden. Schuif de fitting met behulp van de schuiflade naar links totdat de glasplaat zich boven de monsterwafer bevindt en vergrendel deze vervolgens handmatig op zijn plaats. Nadat u de temperatuur van de bemonsteringsfase op 50 graden Celsius hebt ingesteld, schakelt u de glasschuif naar beneden in met behulp van de Z-richtingsactuator. Richt de microscoop op de polycarbonaatfilm en inspecteer de netheid van het oppervlak. Verplaats de zeshoekige boornitridevlok naar het geselecteerde schone gebied en schakel de schuif verder naar beneden in. Bevestig nu de stempel op de wafel met een snelheid van vijf micrometer per seconde, totdat deze de zeshoekige boornitridevlok volledig bedekt, en stel vervolgens de temperatuur van de monsterfase in op 80 graden Celsius. Nadat de temperatuur van de monsterfase 80 graden Celsius heeft bereikt, schakelt u de stempel uit met vijf micrometer per seconde totdat het golffront dicht bij de zeshoekige boornitriet rechte rand is en pakt u vervolgens de vlok op met een verminderde snelheid van twee micrometer per seconde. Eenmaal opgepakt, verhoogt u de snelheid tot vijf micrometer per seconde om de polycarbonaatfilm van de wafer los te maken. Schakel de stageverwarming uit en open het waterkoelsysteem. Wanneer de temperatuur onder de 45 graden Celsius daalt, sluit je het waterkoelingssysteem. Ontkoppel de glasschuif helemaal omhoog met één millimeter per seconde. Plaats de wafer met het vers lasergesneden grafeen op de monsterfase en lokaliseer het grafeen met behulp van het 10X-objectief. Pas de vlokoriëntatie aan zodat de lasersnijlijnen evenwijdig zijn aan de zeshoekige boornitride rechte rand. Schets de grafeengrens in Inkscape, inclusief de lasersnijlijnen. Verplaats nu de glasplaat met de bovenste zeshoekige boornitridevlok naar de vooraf ingeschakelde positie met de PC- en PDMS-stempel twee millimeter boven de grafeenwafer. Lijn de rechte rand van de vlok uit met het midden van de lasergesneden lijn zodat het zeshoekige boornitride overeenkomt met de grafeentekening. Stem de microscoop af om scherp te stellen op het grafeen en lijn het uit met de Inkscape-tekening. Stel vervolgens scherp op de bovenste vlok en verplaats de glasdia in XY-richting om deze uit te lijnen met de tekening. Nadat u opnieuw hebt scherpgesteld op een brandpuntsvlak dat iets hoger is dan het voorgesneden grafeen, schakelt u de glasschuif met 0.1 millimeter per seconde naar beneden in totdat de bovenste vlok in beeld komt. Stel opnieuw scherp op het grafeen en stel de snelheid in op vijf micrometer per seconde. Draai de stempel langzaam aan totdat de vlok ongeveer zichtbaar wordt en zorg ervoor dat er geen contact is met de wafel. Blijf de stempel naar beneden inschakelen totdat deze de wafer raakt. Activeer de stempel met 0,5 micrometer per seconde totdat het golffront zich dicht bij de linkerrand van de vlok bevindt. Verlaag de snelheid 0,02 micrometer per seconde en blijf aangrijpen om contact te maken met het eerste grafeenstuk. Zodra de vlok het eerste grafeenstuk volledig bedekt en aan de rechte rand is vastgezet, stopt u de aangrijping. Duidelijke hysterese door de trap met vijf micrometer per seconde omhoog te bewegen totdat het golffront zich begint terug te trekken. Stel een ontkoppelingssnelheid in van 0.02 micrometer per seconde om het grafeen voorzichtig op te pakken. Wanneer het golffront zich van de vlok verwijdert, verhoogt u de snelheid tot vijf micrometer per seconde om de stempel volledig los te maken van de wafer. Kopieer nu de hele grafeentekening in Inkscape en draai deze met de gewenste draaihoek. Lijn het tweede grafeenstuk in de kopieertekening uit met het eerste stuk in de originele tekening om de overlap te maximaliseren. Draai het monster met de gewenste draaihoek. Lijn het resterende grafeen op de wafer uit met de gekopieerde tekening. Stel scherp op de bovenste zeshoekige boornitridevlok op de glasplaat en lijn deze uit met de tekening. Nadat u de vlokken hebt uitgelijnd met de tekeningen, herhaalt u de gedemonstreerde stappen om het resterende grafeen op te pakken. Eenmaal opgepakt, onderzoek je de kwaliteit van de bovenste stapel onder de microscoop. Plaats de wafer met de voorgereinigde, luchtbelvrije bodempoort op de monsterfase. Schets de grens van de onderste poort met behulp van Inkscape. Lijn de tekening van de bovenste stapel uit met die van de onderste poort om het gedraaide dubbellaagse grafeen op de grafietvinger te plaatsen. Stel de temperatuur van de monsterfase in op 160 graden Celsius om de polycarbonaatfilm na het inkapselen af te scheuren, laad vervolgens de glasplaat met de bovenste stapel en verplaats deze naar de vooraf ingeschakelde positie. Lijn zowel de onderste poort als de bovenste stapel grofweg uit met de tekeningen. Stel scherp op de onderste poort en verhoog vervolgens het brandpuntsvlak iets. Identificeer een ander middelste brandpuntsvlak tussen de onderste poort en de bovenste stapel, stel vervolgens de snelheid in op vijf micrometer per seconde en schakel de stempel in totdat de bovenste stapel zichtbaar is. Lijn beide nauwkeurig uit op de tekeningen. Wanneer de monsterfase hoger is dan 150 graden Celsius, schakelt u de stempel in met vijf micrometer per seconde totdat het golffront dicht bij de onderste poort is en verlaagt u vervolgens de snelheid tot 0,5 micrometer per seconde. Bevestig de bovenste stapel langzaam aan de onderste poort. Zodra het golffront de bovenste stapel passeert, verhoogt u de snelheid terug naar vijf micrometer per seconde om de stempel volledig op de wafer in te schakelen en vervolgens de stempel uit te schakelen met vijf micrometer per seconde. Nadat de stempel volledig van de wafer is gescheiden, tilt u de stempel drie seconden omhoog met vijf micrometer per seconde. Begin het in de XY-richting te bewegen om de polycarbonaatfilm af te scheuren. Maak de glasschuif met één millimeter per seconde volledig los en haal hem uit het stopcontact. Schakel de podiumverwarming uit en activeer het waterkoelsysteem. Zodra de temperatuur op kamertemperatuur is, verwijdert u de wafel en inspecteert u deze onder een optische microscoop. Viervoudig gedegenereerde land-outventilatoren kwamen tevoorschijn uit zowel het ladingsneutraliteitspunt als de superroosteropeningen in het hoogwaardige magic angle twisted bilayered grafeenapparaat, en vielen uiteen in tweevoudige of eenvoudige degeneraties bij hogere magnetische velden. Symmetrie gebroken tweevoudig gedegenereerde land-out-ventilatoren werden geïdentificeerd in halfvullende toestanden, wat wijst op gecorreleerd isolerend gedrag. De supergeleidende koepel bevond zich onder de land-outventilator rond de halfvullende toestand. Temperatuurafhankelijke weerstandsmetingen onthulden twee supergeleidende koepels aan weerszijden van de halfvullende toestand, met een maximale kritische temperatuur van ongeveer 1,7 Kelvin. Van de 14 gemeten apparaten piekte de optimale kritische temperatuur bij een draaihoek in de buurt van 1,08 graden, in overeenstemming met theoretische voorspellingen. Ongeordende apparaten in de buurt van de magische hoek vertoonden significant lagere kritische temperaturen in vergelijking met apparaten van hoge kwaliteit, zoals te zien is in hun weerstands- versus temperatuurprofielen. Deze observaties onderstrepen het belang van het optimaliseren van de fabricageprocedure om op grafeen gebaseerde Moire-superroosterapparaten van hoge kwaliteit te bereiken.