Name: Jednowarstwowe domieszkowanie kontaktowe powierzchni krzemowych i nanodrutów przy użyciu związków fosforoorganicznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-02T21:15:00.000+00:00
Duration: 9 min 45 s
Description: Poznaj metodę jednowarstwowego domieszkowania kontaktowego krzemu i nanodrutów przy użyciu związków fosforoorganicznych oraz szybkiego wyżarzania. Technika ta umożliwia precyzyjne tworzenie płytkich profili domieszkowych.

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

Ta praca została częściowo sfinansowana przez centrum Farkas dla procesów wywołanych światłem.

1. Czyszczenie powierzchni
<ol>
	<li>Przygotuj kwaśny roztwór piranii, mieszając nadtlenek wodoru w stosunku 1:3 (30%) i stężony kwas siarkowy. 
	Uwaga: Roztwory piranii są niezwykle silnymi i niebezpiecznymi utleniaczami i powinny być stosowane z najwyższą ostrożnością. Roztwory te mogą eksplodować w kontakcie z rozpuszczalnikami organicznymi. Tylko wykwalifikowany personel z odpowiednim przeszkoleniem i sprzętem ochronnym może wykonywać procedurę.</li>
	<li>Umieść substraty (później używane jako substraty donorowe i docelowe) w odpowiednim uchwycie i włóż do roztworu piranii na 15 minut.</li>
	<li>Przepłukać próbki w wodzie DI 3x.</li>
	<li>Przygotuj zasadowy roztwór piranii, mieszając wodorotlenek amonu w stosunku 1:1:5 (25%), nadtlenek wodoru (30%) i wodę demineralizowaną.</li>
	<li>Umieścić substraty (później używane jako substraty donorowe i docelowe) w odpowiednim uchwycie i włożyć do roztworu bazowego piranii i umieścić w łaźni ultradźwiękowej w temperaturze 60 °C na 8 minut.</li>
	<li>Przepłukać próbki w wodzie DI 3x.</li>
	<li>Wypłucz próbki w etanolu, a następnie wysusz je suszarką pod strumieniem azotu.</li>
	<li>Suszyć próbki w piecu w temperaturze 115 °C przez 10 minut.</li>
</ol>
2. Tworzenie monowarstw
<ol>
	<li>Przygotować 1% v/v roztwór metylenodifosfonianu tetraetylu w mezytylenie.</li>
	<li>Umieścić substraty donorowe w bezpiecznej ciśnieniowo fiolce zawierającej roztwór metylenianu metylenodifosfonianu, zamknąć i ogrzewać w temperaturze 100 °C przez 2 godziny 
	Ważne: Podgrzewanie rozpuszczalnika w szczelnie zamkniętej fiolce wytwarza ciśnienie. Należy zachować ostrożność, czy używane naczynie jest odpowiednie i wytrzyma wytwarzane ciśnienie. Zamkniętej fiolki z rozpuszczalnikiem nie należy podgrzewać w temperaturze bliskiej lub wyższej od temperatury wrzenia rozpuszczalnika. Nie wolno otwierać gorącej fiolki.</li>
	<li>Poczekaj, aż fiolka ostygnie, otwórz fiolkę i przepłucz próbki 3x w mezytylenie, 3x w dichlorometanie i wysuszyć pod strumieniem azotu. 
	* W przypadku domieszkowania nanodrutów przejdź do kroku 3, a w przypadku domieszkowania płytek przejdź do kroku 5.</li>
</ol>
3. Synteza nanoprzewodów
<ol>
	<li>Wyczyść szkiełko mikroskopowe w plazmie tlenowej przez 2 minuty.</li>
	<li>Nałóż kilka kropli roztworu poli-L-lizyny na szkiełko, aby całkowicie je pokryło, odczekaj 5 minut, a następnie spłucz wodą DI i wysusz azotem.</li>
	<li>Nałóż kilka kropli roztworu koloidu złota na szkiełko, aby całkowicie je pokryć, odczekaj 2 minuty, a następnie spłucz wodą DI i wysusz azotem.</li>
	<li>Usuń zanieczyszczenia organiczne za pomocą plazmy tlenowej przez 30 sekund.</li>
	<li>Włóż szkiełko szkiełkowe z nanocząstkami złota do komory CVD i opróżnij.</li>
	<li>Wstępnie wyrównać komorę w temperaturze 440 °C, 35 torów i przepływie 50 sccm H2.</li>
	<li>Rozpocznij proces osadzania od przepływu gazu SiH4, przepływ 2 sccm. Przeprowadzić proces CVD przez 30 minut w celu uzyskania nanodrutów o długości około 50 μm.</li>
	<li>Zmierz długość nanodrutów (za pomocą SEM lub mikroskopu optycznego z filtrem ciemnego pola). Jeśli za pomocą mikroskopu optycznego zmierzysz długość nanodrutów stojących na krawędziach próbki, tam powinno być łatwo znaleźć drut wystający równolegle do powierzchni.</li>
</ol>
4. Nanowire Drop-cast na podłoże
<ol>
	<li>Zawieś nanodruty w etanolu. Umieścić szkiełko z folią z nanodrutu przygotowaną w kroku 3 w fiolce i dodać etanol, aby pokryć szkiełko nadmiarem płynu o poziomie ~1 cm.</li>
	<li>Roztworu sonikować fiolkę przez 3 sekundy, roztwór powinien stać się lekko mętny. 
	Ważne: Zawieszone nanodruty mają tendencję do agregacji, ponieważ zawieszenie nie jest stabilne; Dlatego należy go stosować krótko po przygotowaniu, przed agregacją.</li>
	<li>Umieścić podłoże Si3N4/SiO2/Si na płycie grzejnej podgrzanej do temperatury 150 °C. Na rozgrzaną powierzchnię nanieść kilka kropli zawiesiny nanodrutów. Po wyschnięciu cieczy sprawdź gęstość nanodrutów na powierzchni po procesie odlewania kroplowego za pomocą mikroskopu optycznego z filtrem ciemnego pola. W celu osiągnięcia wysokiej wydajności pojedynczych urządzeń nanoprzewodowych, proces powinien prowadzić do gęstości powierzchni około 100 nanodrutów na 1mm2 przy minimalnej długości nanodrutu ~20 μm.</li>
</ol>
5. Szybkie wyżarzanie termiczne
<ol>
	<li>Umieść docelowy substrat (wewnętrzną płytkę krzemową lub nanodruty odlane w podłożu z poprzednich etapów) na podłożu donorowym tak, aby cel był skierowany w stronę substratu donorowego.</li>
	<li>Umieść dwa podłoża w komorze RTA i zamknij drzwiczki komory.</li>
	<li>Ewakuuj komorę, oczyść ją argonem, a następnie ewakuuj się ponownie. Ten krok zapewnia, że w komorze nie pozostaną żadne pozostałości tlenu ani innych niepożądanych gazów.</li>
	<li>Wyżarzać podłoża w żądanej temperaturze i czasie. Poziom domieszkowania, wskazywany przez wartość rezystancji blachy, zależy od czasu i temperatury wyżarzania (rysunek 1). Demonstrowany jest proces wyżarzania o temperaturze 1 000 ºC i czasie wyżarzania 40 sekund. Zazwyczaj stosuje się czasy wyżarzania wynoszące od 5 do 120 sekund. Czas narastania temperatury powinien być jak najkrótszy, w zależności od specyfikacji systemu wyżarzania. W tym przypadku stosuje się 6-sekundowy czas narastania od temperatury pokojowej do temperatury procesu.</li>
</ol>
6. Pomiary rezystancji blachy
<ol>
	<li>Zanurzyć próbkę domieszkowaną MLCD w 1% roztworze kwasu fluorowodorowego na 5 minut w celu usunięcia warstwy tlenku.</li>
	<li>Spłucz wodą DI, izopropanolem i wysusz suszarką strumieniem azotu.</li>
	<li>Zmierz rezystancję arkusza za pomocą czteropunktowej konfiguracji sondy. W tym przykładzie używany jest Jandel RM3-AR i posiada dedykowany system automatycznego pomiaru rezystancji blachy. Typowy prąd stosowany jest w zakresie 1-10 μA.</li>
</ol>
7. Produkcja i charakterystyka urządzeń nanoprzewodowych
<ol>
	<li>Podgrzewać próbkę na płycie grzejnej w temperaturze 120 °C przez 5 minut.</li>
	<li>Powłoka wirowa AZ nLOF2020 fotorezystor przy 4,000 obr./min.</li>
	<li>Piecz próbkę w temperaturze 110 °C przez 75 sekund na próżniowej płycie grzejnej.</li>
	<li>Naświetlić przy 40 mJ/cm2 ze źródłem światła 365 nm za pomocą wyrównywacza maski i maski z wzorem elektrod.</li>
	<li>Ponownie piec próbki po ekspozycji w temperaturze 110 °C przez 75 sekund na próżniowej płycie grzejnej.</li>
	<li>Próbki należy rozpatrywać w AZ726MIF roztworze przez 70 sekund, płukać w wodzie demineralizowanej i suszyć suszarką strumieniem azotu.</li>
	<li>Odparować 100 nm niklu za pomocą parownika z wiązką elektroniczną.</li>
	<li>Wykonać start za pomocą gorącego (80 °C) rozpuszczalnika N-metylo-2-pirolidon (NMP).</li>
	<li>Sprawdź podłoże, aby zlokalizować urządzenia NW-FET pomyślnie uformowane w tym procesie i zarejestruj ich lokalizacje. Można to łatwo zrobić za pomocą mikroskopu optycznego z filtrem ciemnego pola, pod warunkiem, że utworzone są znaczniki adresowe.</li>
	<li>Pomiar krzywych I-V dla wybranych urządzeń za pomocą analizatora urządzeń półprzewodnikowych i konfiguracji stacji pomiarowej. Umieść próbkę na stoliku przewodzącym, który jest podłączony do analizatora jako końcówka bramki. Użyj kamery mikroskopu stacji sondy, aby zbliżyć się do igieł sondy w pobliżu elektrod urządzenia i delikatnie dotknąć elektrod igłami. Igły powinny być podłączone do analizatora jako końcówki źródłowe i spustowe.</li>
</ol>

<ol><li>Hazut, O., Agarwala, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contact+doping+of+silicon+wafers+and+nanostructures+with+phosphine+oxide+monolayers%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Contact doping of silicon wafers and nanostructures with phosphine oxide monolayers.</a> ACS Nano. 6 (11), 10311-10318 (2012).</li>
<li>Hisamoto, D., Lee, W. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((FinFET-+A+self-aligned+double-gate+MOSFET+scalable+to+20+nm%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Electron+Devices%22%5BJournal%5D)">FinFET- A self-aligned double-gate MOSFET scalable to 20 nm.</a> IEEE Trans. Electron Devices. 47, 2320-2325 (2000).</li>
<li>Leung, G., Chui, C. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Variability+impact+of+random+dopant+fluctuation+on+nanoscale+junctionless+FinFETs%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Electron+Device+Lett%22%5BJournal%5D)">Variability impact of random dopant fluctuation on nanoscale junctionless FinFETs.</a> IEEE Electron Device Lett. 33, 767-769 (2012).</li>
<li>Ho, J. C., Yerushalmi, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wafer-scale%2C+sub-5+nm+junction+formation+by+monolayer+doping+and+conventional+spike+annealing%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Wafer-scale, sub-5 nm junction formation by monolayer doping and conventional spike annealing.</a> Nano Lett. 9 (2), 725-730 (2009).</li>
<li>Peercy, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Drive+to+Miniaturization%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">The Drive to Miniaturization.</a> Nature. 406, 1023-1026 (2000).</li>
<li>Lu, W., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Semiconductor+Nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+D%22%5BJournal%5D)">Semiconductor Nanowires.</a> J. Phys. D. 39, R387-R406 (2006).</li>
<li>Gunawan, O., Wang, K., Fallahazad, B., Zhang, Y., Tutuc, E., Guha, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+Performance+Wire-Array+Silicon+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Photovoltaics%22%5BJournal%5D)">High Performance Wire-Array Silicon Solar Cells.</a> Prog. Photovoltaics. 19, 307-312 (2011).</li>
<li>Ho, J. C., Yerushalmi, R., Jacobson, Z. A., Fan, Z., Alley, R. L., Javey, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+nanoscale+doping+of+semiconductors+via+molecular+monolayers%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Controlled nanoscale doping of semiconductors via molecular monolayers.</a> Nat. Mater. 7, 62-67 (2008).</li>
<li>Koren, E., Rosenwaks, Y., Allen, J. E., Hemesath, E. R., Lauhon, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonuniform.+Doping+distribution+along+silicon+nanowires+measured+by+kelvin+probe+force+microscopy+and+scanning+photocurrent+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Nonuniform. Doping distribution along silicon nanowires measured by kelvin probe force microscopy and scanning photocurrent microscopy.</a> Appl. Phys. Lett. 95, 092105(2009).</li>
<li>Wagner, R. S., Ellis, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+vapor-liquid-solid+mechanism+of+crystal+growth+and+its+application+to+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Trans.+Metall.+Soc.+AIME%22%5BJournal%5D)">The vapor-liquid-solid mechanism of crystal growth and its application to silicon.</a> Trans. Metall. Soc. AIME. 233, 1053-1064 (1965).</li>
<li>Cui, Y., Lauhon, L. J., Gudiksen, M. S., Wang, J., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diameter-controlled+synthesis+of+single-crystal+silicon+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Diameter-controlled synthesis of single-crystal silicon nanowires.</a> Appl. Phys. Lett. 78 (15), 2214-2216 (2001).</li>
</ol>

Nie stwierdzono konfliktu interesów.

MLCD jest prostą i powtarzalną metodą. Należy jednak zwrócić uwagę na czyszczenie powierzchni i tworzenie monowarstw. Czyszczenie powierzchni metodą Piranha przed procesem MLCD jest ważne nie tylko w celu uniknięcia ewentualnych zanieczyszczeń, ale także w celu zainicjowania powierzchni w celu powtarzalnego tworzenia monowarstwy, zapewniając powtarzalne wyniki między procesami. Zabieg piranii powoduje hydroksylację grup powierzchniowych, która jest wymagana do wiązania cząsteczek prekursorowych z powierzchnią w celu wytw...

Kontrolowane domieszkowanie powierzchniowe struktur półprzewodnikowych z makroskopowymi obszarami, jak również w nanoskali, jest ważne dla zaawansowanych architektur urządzeń półprzewodnikowych, takich jak FinFet2,3, a także dla urządzeń opartych na nanostrukturach, takich jak czujniki oparte na nanodrutach i fotowoltaika4-7. Niedawno wprowadziliśmy jednowarstwowe domieszkowanie kontaktowe (MLCD) do powtarzalnego, jednolitego domieszkowania powierzchniowego interfejsów krzemowych o wymiarach makroskopowych i nanometrycznych z kontrolą dawki domieszki i profilu dyfuzji1. Ważną cechą MLCD jest ograniczenie tworzenia monowarstwy do substratu, który jest określany jako "substrat donorowy". MLCD upraszcza niektóre etapy procesu wymagane do jednowarstwowego domieszkowania kontaktowego (MLCD) i zapewnia uzupełniające możliwości domieszkowania powierzchniowego8. Po załadowaniu substratu donorowego monowarstwą zawierającą domieszkę przy użyciu samoograniczającej się chemii powierzchniowej, substrat donorowy styka się z substratem przeznaczonym do domieszkowania, zwanym "substratem docelowym", a oba substraty są wyżarzane podczas kontaktu. Podczas procesu wyżarzania atomy domieszek dyfundują zarówno do substratów donorowych, jak i docelowych i są aktywowane w podwyższonej temperaturze. Ponieważ MLCD nie wymaga implantacji atomów domieszek o wysokiej energii, podczas procesu nie dochodzi do uszkodzeń strukturalnych sieci półprzewodnikowej i nie jest wymagany dalszy etap wyżarzania. Dobra kontrola nad dyfuzją domieszek jest możliwa dzięki kontrolowaniu szybkich parametrów procesu termicznego. Bardzo płytkie i równomierne długości dyfuzji domieszek do kilku nanometrów są łatwe do osiągnięcia. Oddzielenie monowarstwy od sekwencji procesowej upraszcza proces, umożliwia większą kontrolę nad parametrami procesu i otwiera nowe możliwości dla schematów domieszkowania, które nie były możliwe przy użyciu innych metod. Osiągnięcie poziomu domieszki tak wysokiego, jak granica rozpuszczalności fosforu w krzemie, jest możliwe dzięki wielokrotnym procesom domieszkowania MLCD stosowanym kolejno. Podsumowując, tradycyjne metody dopingu mają nieodłączne ograniczenia w wytwarzaniu bardzo płytkich profili dopingowych. Wynika to z nieodłącznych statystycznych różnic stężeń źródłowych, ogólnej dawki i rozkładu energii, które są nieodłącznie związane z niskimi energiami implantacji wymaganymi do bardzo płytkiej implantacji. MLCD zapewnia prosty sposób domieszkowania powierzchniowego, jest to wynik unikalnych cech MLCD polegających na precyzyjnej kontroli dawki i lokalizacji domieszki w skali atomowej poprzez wykorzystanie solidnej chemii powierzchni do generowania źródła domieszek z samoograniczającą się chemią monowarstwową utworzoną wyłącznie na powierzchni półprzewodnika.

<table><tbody><tr><td>Wafle krzemowe o wysokiej czystości</td><td>Topsil-50</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>nm Si3N4/50 nm SiO2/Si</td><td>Silicon Valley Microelectronics-Kwas</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>siarkowy 98%</td><td>BioLab</td><td>19550523</td><td></td></tr><tr><td>Nadtlenek wodoru 30%</td><td>J.T. Baker</td><td>2190-03</td><td></td></tr><tr><td>Wodorotlenek amonu 25%</td><td>J.T. Baker</td><td>6051</td><td></td></tr><tr><td>Etanol</td><td>J.T. Baker</td><td>8025</td><td></td></tr><tr><td>Mesitylene</td><td>Sigma</td><td>M7200</td><td></td></tr><tr><td>Dichlorometan</td><td>Macron</td><td>4881-06</td><td></td></tr><tr><td>Tetraetylometylenodifosfonian</td><td>Aldrich</td><td>359181</td><td></td></tr><tr><td>Olej mineralny</td><td>Sigma</td><td>M3516</td><td></td></tr><tr><td>Kwas fluorowodorowy 49%</td> <td>J.T. Baker</td><td>9564-06</td><td></td></tr><tr><td>Izopropanol</td><td>J.T. Baker</td><td>9079-05</td><td></td></tr><tr><td> N-metylo-2-pirolidon </td><td>J.T. Baker</td><td>9397-05</td><td></td></tr><tr><td>AZ nLOF2020</td><td>AZ Materiały elektroniczne</td><td>nLOF 2020</td><td></td></tr><tr><td>AZ 726 MIF</td><td>AZ Materiały elektroniczne</td><td>726 MIF</td><td></td></tr><tr><td>Roztwór poli-L-lizyny</td><td>Sigma</td><td>P8920</td><td></td></tr><tr><td>Koloid złota rozwiązanie</td> System RTA <td>Ted Pella</td><td>82160-80</td><td></td></tr><tr><td>4-punktowy system pomiaru rezystancji arkusza sondy</td><td></td><td></td> AnnealSys MicroAS Jandel RM3-AR <td></td></tr><tr><td>Wyrównywacz maski</td><td>Suss</td><td>MA06</td><td></td></tr><tr><td>parownik e-Beam</td><td>VST</td><td>TFDS-141E</td><td></td></tr><tr><td>Analizator półprzewodników</td><td>Agilent</td><td>B1500A</td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>System CVD</td> <td>-</td><td></td> <td>zbudowany w domu</td></tr></tbody></table>

jednowarstwowe domieszkowanie kontaktowe powierzchni krzemowych i nanodrutów przy użyciu związków fosforoorganicznych

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Jednowarstwowe domieszkowanie kontaktowe (MLCD) to prosta metoda domieszkowania powierzchni i nanostruktur1. MLCD powoduje powstawanie ściśle kontrolowanych, ultra płytkich i ostrych profili domieszkowania w skali nanometrowej. W procesie MLCD źródłem domieszek jest monowarstwa zawierająca atomy domieszki.
W tym artykule szczegółowo pokazana jest procedura domieszkowania powierzchniowego podłoża krzemowego oraz nanodrutów krzemowych. Źródło domieszki fosforu utworzono przy użyciu monowarstwy metylenodifosfonianu tetraetylu na podłożu krzemowym. Ta monowarstwa zawierająca substrat została doprowadzona do kontaktu z nieskazitelnym wewnętrznym krzemowym podłożem docelowym i wyżarzana podczas kontaktu. Rezystancję arkusza docelowego podłoża mierzono za pomocą sondy 4-punktowej. Wewnętrzne nanodruty krzemowe zsyntetyzowano w procesie chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) przy użyciu mechanizmu para-ciecz-ciało stałe (VLS); Nanocząstki złota wykorzystano jako katalizator wzrostu nanodrutów. Nanodruty zawieszono w etanolu za pomocą łagodnej sonikacji. Zawiesina ta została użyta do odlewania nanodrutów na podłożu krzemowym z wierzchnią warstwą dielektryczną z azotku krzemu. Te nanodruty zostały domieszkowane fosforem w podobny sposób, jak w przypadku wewnętrznej płytki krzemowej. Standardowy proces fotolitografii wykorzystano do wytworzenia metalowych elektrod do wytworzenia tranzystora polowego na bazie nanodrutów (NW-FET). Właściwości elektryczne reprezentatywnego urządzenia nanoprzewodowego zmierzono za pomocą analizatora urządzeń półprzewodnikowych i stacji sondowej.

Reprezentatywne wyniki procesu domieszkowania powierzchniowego metodą fosforowego-MLCD przedstawiono na Rysunku 1. Wafle krzemu własnego poddano obróbce metodą fosforowego-MLCD, co doprowadziło do monotonicznego spadku wartości rezystancji arkuszowej. Wartości rezystancji arkuszowej maleją wraz z wydłużeniem czasu wygrzewania i wzrostem temperatury wygrzewania, co obrazują trzy krzywe na Rysunku 1. Wartości rezystancji arkuszowej można skorelować z koncentracją aktywowanych domieszek. Ni...

Szczegółowa procedura domieszkowania powierzchni interfejsów krzemowych jest podana. Ultrapłytkie domieszkowanie powierzchni jest demonstrowane poprzez zastosowanie monowarstw zawierających fosfor i szybki proces wyżarzania. Metoda może być stosowana do domieszkowania makroskopowych powierzchni powierzchniowych, a także nanostruktur.

Jednowarstwowe domieszkowanie kontaktowe powierzchni krzemowych i nanodrutów przy użyciu związków fosforoorganicznych

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Ogólnym celem następnego eksperymentu jest zademonstrowanie płytkiego domieszkowania wafli krzemowych i nanodrutów z wykorzystaniem metody domieszkowania poprzez kontakt z monowarstwą. Osiąga się to poprzez reakcję podłoża donorowego z roztworem prekursora w celu utworzenia samoorganizującej się monowarstwy. Monowarstwa ta zawiera potencjalne atomy domieszek i służy jako ściśle określone i ograniczone źródło domieszek.W drugim kroku substrat donora zostaje doprowadzony do kontaktu z substratem docelowym, a następnie oba są umieszczane w systemie szybkiego wyżarzania termicznego. Podczas procesu wyżarzania cząsteczki monowarstwy ulegają rozkładowi, a atomy domieszkujące dyfundują i zostają aktywowane na obu substratach – donorze i docelowym. Następnie oba substraty są rozdzielane, a do pomiaru rezystancji powierzchniowej wykorzystuje się układ czteropunktowy.Wyniki wykazują typowy spadek wartości rezystancji arkusza zmierzonych dla podłoży docelowych, w zależności od różnych czasów i temperatur wyżarzania. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak implantacja jonowa, jest to, że umożliwia ona prosty, a zarazem niezawodny proces tworzenia bardzo płytkich profili domieszkowania. Metoda ta jest przydatna do domieszkowania powierzchniowego wszystkich typów wafli, a także nanostruktur.Może być również stosowany w innych systemach, takich jak architektury urządzeń 3D i innych. Zidentyfikować krzem oraz silikon z podłożami dielektrycznymi, które będą służyć jako cel i donor, a następnie przygotować się do pracy z roztworami piranha. Przygotować odpowiednią ilość kwasowego roztworu piranha z nadtlenku wodoru i kwasu siarkowego, aby pokryć podłoża, w tym przypadku około 120 mililitrów.Należy zachować szczególną ostrożność podczas pracy z roztworem piranha. Umieścić podłoża w odpowiednim uchwycie. Zanurzyć uchwyt w roztworze piranha na 15 minut.Po 15 minutach wyjmij uchwyt z próbkami i trzy razy wypłucz całość w wodzie dejonizowanej. Następnie zanurz uchwyt i podłoża w około 140 ml roztworu Perha na bazie wodorotlenku amonu, nadtlenku wodoru i wody dejonizowanej. Umieść go w kąpieli ultradźwiękowej w temperaturze 60 °C na osiem minut. Po kąpieli trzy razy wypłucz próbki w wodzie dejonizowanej, a następnie przepłucz je w etanolu.Następnie osuszyć strumieniem azotu. Próbki suszyć w piekarniku w temperaturze 115 °C przez 10 minut. W celu utworzenia monowarstwy przygotować w fiolce odpornej na ciśnienie roztwór tetraetylometylenodifosforanu w melinie o stężeniu objętościowym 1%.Należy przygotować około 20 mililitrów roztworu, co powinno być wystarczającą ilością, aby pokryć podłoża donora. W tym przypadku należy użyć pęsety, aby przenieść podłoża donora do fiolki i upewnić się, że są one całkowicie przykryte. Następnie należy szczelnie zamknąć fiolkę.Użyj kąpieli w oleju mineralnym podgrzanej do 100 °C, aby ogrzewać fiolkę przez dwie godziny. Następnie pozostaw fiolkę do ochłonięcia na trzy minuty. Otwórz fiolkę i przepłucz próbki trzykrotnie w melinie oraz trzykrotnie w dichlorometanie.Następnie wysusz je strumieniem azotu. Synteza nanowire'ów rozpoczyna się od oczyszczenia szkiełka przedmiotowego w plazmie tlenowej przez dwie minuty.Nanieś kilka kropli roztworu poli-L-lizyny na szkiełko, aby całkowicie je pokryć. Odczekaj pięć minut, następnie wypłucz zjonizowaną wodą i osusz strumieniem azotu. Teraz nanieś kilka kropli roztworu koloidu złota na szkiełko, aby całkowicie je pokryć.Odczekać dwie minuty. Przepłukać wodą jonizowaną i osuszyć strumieniem azotu. Usunąć zanieczyszczenia organiczne, stosując plazmę tlenową przez 30 sekund.Następnie należy umieścić szkiełko z nanocząsteczkami złota w komorze chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) i odessać z niej powietrze. Komorę należy wstępnie wyrównać w temperaturze 440 °C i ciśnieniu 35 tor przy przepływie wodoru cząsteczkowego wynoszącym 50 standard cubic centimeters per second. Następnie należy rozpocząć proces osadzania, wprowadzając saline z przepływem 2 standard cubic centimeters per second, aby uzyskać nanodruty o średnicy około 50 µm.Przeprowadź osadzanie przez 30 minut. Po zakończeniu procesu zmierz nanodruty za pomocą mikroskopii. Po zmierzeniu drutów umieść szkiełko z warstwą nanodrutów.Do probówki należy dodać etanol, aby pokryć preparat warstwą o grubości około 1 cm. Probówkę należy poddać sonikacji przez trzy sekundy, podczas których roztwór powinien stać się lekko mętny. Płytkę grzejną należy wstępnie rozgrzać do 150 °C.Następnie umieść na nim podłoże krzemowe z azotkiem krzemu i dwutlenkiem krzemu. Na podgrzaną powierzchnię nanieś kilka kropel zawiesiny nanodrutów. Po wyschnięciu cieczy sprawdź gęstość nanodrutów na powierzchni za pomocą mikroskopu optycznego z filtrem ciemnego pola.Aby uzyskać wysoką wydajność pojedynczych urządzeń nanodrutowych, proces odlewania kroplowego powinien zapewnić gęstość powierzchniową wynoszącą około 100 nanodrutów na milimetr kwadratowy, przy minimalnej długości nanodrutu wynoszącej około 20 mikrometrów. W celu przeprowadzenia domieszkowania należy doprowadzić do kontaktu podłoża z nanodrutami oraz donora. Umieść docelowe podłoże w komorze szybkiej obróbki termicznej (RTA).Umieść podłoże donorowe na podłożu docelowym stroną przednią skierowaną w stronę podłoża docelowego. Rozpocznij proces analizy. Próbki te zostaną poddane sześciosekundowej rampie.Czas od temperatury pokojowej do osiągnięcia temperatury analu 1000 °C utrzymywanej przez 40 sekund. Po przygotowaniu próbki domieszkowanej poprzez kontakt z monowarstwą, należy przygotować się do pomiaru jej rezystancji. Należy przygotować 1% roztwór kwasu fluorowodorowego i umieścić w nim próbkę na pięć minut.Aby usunąć warstwę tlenków, należy przepłukać próbkę wodą zjonizowaną, a następnie izopropanolem i osuszyć strumieniem azotu. Opór arkusza należy zmierzyć metodą czteropunktową.Typowy prąd przyłożony wynosi od 1 do 10 µA. Do schematycznego wytwarzania urządzeń z nanodrutami stosuje się powszechne techniki fotolitografii. Należy rozpocząć od próbki zawierającej nanodruty.Podgrzej próbkę, a następnie odwiruj ją. Pokryj ją fotorezystem. Po utwardzeniu rezystu użyj maskowni do naświetlenia wzoru elektrod i wywołania próbek.Przeplucz i osusz próbki. Następnie, używając parownika wiązką elektronową, naparuj nikiel na powierzchnie. Na koniec przeprowadź proces liftoff, aby odsłonić urządzenia, zlokalizować prawidłowo utworzone tranzystory polowe z nanodrutami i zarejestrować ich położenie.Należy użyć mikroskopu optycznego z filtrem ciemnego pola. Do pomiaru charakterystyk prądowo-napięciowych (IV) wybranych urządzeń wykorzystuje się analizator urządzeń półprzewodnikowych wraz ze stacją sond. Przewodzący stolik należy podłączyć do analizatora jako terminal bramki.Następnie umieść na niej próbkę. Podłącz igły sond jako terminale źródła i drenu do analizatora. Następnie, korzystając z kamery mikroskopu stacji sondy, zbliż igły do urządzenia i delikatnie dotknij nimi elektrod.Przystąp do pomiarów. Domieszkowanie kontaktowe monowarstwą fosforu na podłożach z krzemu wewnętrznego skutkuje monotonnym spadkiem wartości rezystancji arkuszowej w funkcji czasu; dłuższy czas prowadzi do wyższych poziomów domieszkowania, podobnie jak wyższe temperatury wyżarzania. Niższe wartości rezystancji arkuszowej korelują z aktywną koncentracją domieszek, przy czym niższa rezystancja arkuszowa wskazuje na wyższe poziomy domieszkowania.Dalsze zwiększenie czasu wyżarzania nie spowoduje dalszego spadku rezystancji arkuszowej, ponieważ dawka domieszek jest ograniczona. Wykres ten przedstawia krzywe IV tranzystorów polowych z nanodrutami. Krzywa czarna dotyczy urządzenia niedomieszkowanego.Porównaj to z niebieską krzywą dla warstwy monomolekularnej o umiarkowanym domieszkowaniu. FET z domieszkowaniem kontaktowym zaznaczono na niebiesko. Próbka była wygrzewana w temperaturze 900 °C przez kilka sekund.Czerwona krzywa reprezentuje urządzenie silnie domieszkowane, wygrzewane w temperaturze 1005 °C przez 10 s. Po zastosowaniu tej procedury można przeprowadzić inne metody, takie jak pomiar czasu przelotu czy spektrometria mas z wtórną emisją jonów, aby dalej scharakteryzować właściwości, takie jak profile stężenia domieszek. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat stosowania procedury domieszkowania przez pojedynczy kontakt w celu tworzenia ultraspłyconych profilów domieszkowania na podłożach krzemowych i nanodrutach.

monolayer-contact-doping-silicon-surfaces-nanowires-using

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Jednowarstwowe dopażenie kontaktowe powierzchni krzemu i nanodrutu za pomocą związków organofosforowych

W niniejszej pracy opisujemy prostą metodę wzorowania wolnego od tlenków krzemu i germanu za pomocą reaktywnych monowarstw organicznych oraz demonstrujemy funkcjonalizację wzorowanych podłoży małymi cząsteczkami i białkami. Podejście to zapewnia całkowitą ochronę powierzchni przed utlenianiem chemicznym, umożliwia precyzyjną kontrolę nad morfologią struktur oraz zapewnia łatwy dostęp do wzorów rozróżnialnych chemicznie.

Funkcjonalizacja i wzorowanie krzemu oraz germanu beztlenkowego metodą miękkiej litografii

Biosensory współpracują ze złożonymi środowiskami biologicznymi i przeprowadzają ukierunkowaną detekcję, łącząc wysokoczułe czujniki z wysoce specyficznymi sondami przytwierdzonymi do czujnika poprzez modyfikację powierzchni. W niniejszym materiale demonstrujemy funkcjonalizację powierzchni krzemionkowych czujników optycznych biotyną przy użyciu czynników sprzęgających na bazie silanów w celu stworzenia pomostu między czujnikiem a środowiskiem biologicznym.

Przyłączanie sond biologicznych do krzemionkowych biosensorów optycznych z użyciem silanowych środków sprzęgających

Źródło: Rosenberg, M., et al. Projektowanie porowatych filmów krzemowych jako nośników czynnika wzrostu nerwów. J. Vis. Exp. (2019).Ten film demonstruje zastosowanie degradowalnej nanostrukturalnej porowatej folii krzemowej (PSi) do przedłużonego uwalniania czynnika wzrostu nerwów (NGF) w celu wspierania różnicowania komórek PC12. NGF jest adsorbowany na porach folii poprzez oddziaływania elektrostatyczne i jest stopniowo uwalniany do mediów w wyniku dyfuzji i degradacji rusztowania. To...

Trwałe dostarczanie czynnika wzrostu nerwów za pomocą porowatego filmu krzemowego w komórkach guz chromochłonnego szczura 12

Opisujemy proces zmiany in situ powierzchni Si (001) potraktowanej HF w stan hydrofilowy lub hydrofobowy poprzez napromieniowanie próbek w komorach mikroprzepływowych wypełnionych roztworem H2O2/H2O (0,01%-0,5%) lub roztworami metanolu za pomocą impulsowego lasera UV o stosunkowo niskiej płynności impulsów.

Selektywna modyfikacja obszaru zwilżalności powierzchni krzemu za pomocą pulsacyjnego naświetlania laserem UV w środowisku ciekłym

Omówiono proces produkcji i eksperymentalne techniki charakterystyki pomp jednoelektronowych opartych na kropkach kwantowych krzemowo-metalowo-tlenkowo-półprzewodnikowych.

Kropki kwantowe krzemowo-metalowo-tlenkowo-półprzewodnikowe do pompowania pojedynczych elektronów

Opisujemy podejścia do wytwarzania urządzeń i charakterystyki elektrycznej nanostruktur półprzewodnikowych z warstwy diselenku molibdenu (MoSe2) o różnych grubościach. Ponadto opisano wytwarzanie styków omowych dla2-warstwowych nanokryształów MoSe metodą osadzania wiązki jonów z użyciem platyny (Pt) jako metalu kontaktowego.

Wytwarzanie kontaktów omowych przy użyciu techniki skupionej wiązki jonów i charakterystyki elektrycznej warstwowych nanostruktur półprzewodnikowych

Opisano technikę pasywacji powierzchni cieczy RT do badania aktywności rekombinacyjnej masowych defektów krzemu. Aby technika była skuteczna, wymagane są trzy kluczowe etapy: (i) chemiczne czyszczenie i wytrawianie krzemu, (ii) zanurzenie krzemu w 15% kwasie fluorowodorowym oraz (iii) oświetlenie przez 1 minutę.

Pasywacja kwasem fluorowodorowym wzmocniona światłem: czuła technika wykrywania dużych defektów krzemu

Opisujemy kluczowe etapy biodetekcji za pomocą tranzystorów polowych z polikrzemu nanoprzewodowego, w tym przygotowanie urządzenia oraz immobilizację i potwierdzenie sondy molekularnej DNA na powierzchni nanodrutu, a także warunki do wykrywania DNA.

Przygotowanie tranzystora polowego z nanodrutu krzemowego do zastosowań chemicznych i biosensorycznych

Przedstawiamy szczegółową metodę wytwarzania odkształcalnej bocznej matrycy fototranzystorów NIPIN dla zakrzywionych czujników obrazu. Matryca fototranzystorów o otwartej formie siatki, która składa się z cienkich wysp krzemowych i rozciągliwych metalowych łączników, zapewnia elastyczność i rozciągliwość. Analizator parametrów charakteryzuje właściwości elektryczne wyprodukowanego fototranzystora.

Wykonanie elastycznego przetwornika obrazu opartego na bocznych fototranzystorach NIPIN

Opisano metody wytwarzania powierzchni do wzorzystego osadzania pędzli o grubości nanometrów lub usieciowanych warstw o grubości mikronów kopolimeru blokowego azlactonu. Omówiono krytyczne etapy eksperymentalne, reprezentatywne wyniki i ograniczenia każdej metody. Metody te są przydatne do tworzenia funkcjonalnych interfejsów z dostosowanymi cechami fizycznymi i przestrajalną reaktywnością powierzchni.

Wytwarzanie powierzchni reaktywnych za pomocą pędzlowych i usieciowanych warstw kopolimerów blokowych funkcjonalizowanych azlaktonem

Demonstrujemy syntezę fuzogennych porowatych nanocząsteczek krzemu do skutecznego dostarczania oligonukleotydów in vitro i in vivo. Porowate nanocząstki krzemu są ładowane siRNA w celu utworzenia rdzenia, który jest pokryty fuzogenicznymi lipidami poprzez wytłaczanie w celu utworzenia powłoki. Uwzględniono ugrupowanie celowe, funkcjonalizację i charakterystykę cząstek.

Synteza, funkcjonalizacja i charakterystyka fuzogennych porowatych nanocząstek krzemu do dostarczania oligonukleotydów

Poznaj metodę jednowarstwowego domieszkowania kontaktowego krzemu i nanodrutów przy użyciu związków fosforoorganicznych oraz szybkiego wyżarzania. Technika ta umożliwia precyzyjne tworzenie płytkich profili domieszkowych.

Jednowarstwowe domieszkowanie kontaktowe powierzchni krzemowych i nanodrutów przy użyciu związków fosforoorganicznych

Przeglądaj więcej filmów