Name: Standardowa i niezawodna metoda wytwarzania dwuwymiarowej nanoelektroniki (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-08-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 12 s
Description: Poznaj niezawodną metodę wytwarzania nanoelektroniki dwuwymiarowej z wykorzystaniem dwusiarczku molibdenu i litografii elektronowej. Technika ta umożliwia precyzyjne lokalizowanie materiałów 2D dla przyszłych urządzeń nanoskalowych.

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 była wspierana przez Narodową Radę Nauki na Tajwanie na podstawie umowy nr. MOST 105-2112-M-003-016-MY3. Prace te były również częściowo wspierane przez National Nano Device Laboratories i laboratorium wiązki elektronicznej w elektrotechnice National Taiwan University.

1. Proces produkcji tranzystorów quasi-heterozłączowych 2D
<ol>
	<li>Przygotuj komercyjny szafir c-plane.
	<ol>
		<li>Umyj cały jednostronnie polerowany szafir (2 cale) acetonem.</li>
		<li>Opłucz szafirowe podłoże alkoholem izopropylowym.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Uprawiaj MoS2 na podłożu szafirowym przy użyciu CVD w piecu o gorących ściankach.
	<ol>
		<li>Umieść 0,6 g proszku trójtlenku molibdenu (MoO3) w kwarcowej łodzi znajdującej się na środku strefy grzewczej pieca. Umieść szafirowe podłoże w dole rzeki obok kwarcowej łodzi zawierającej proszek MoO3.</li>
		<li>Przygotuj siarkę (S) w proszku w oddzielnej łodzi kwarcowej po górnej stronie pieca. Podczas reakcji utrzymywać jego temperaturę na poziomie 190 °C.</li>
		<li>Użyj przepływu argonu (Ar = 70 sccm, 40 Torr), aby doprowadzić opary S i MoO3 do szafirowego podłoża, jednocześnie podgrzewając strefę środkową do 750 °C.</li>
		<li>Strefę grzewczą należy utrzymać przez 15 minut po osiągnięciu żądanej temperatury wzrostu 750 °C, a następnie w naturalny sposób schłodzić piec do temperatury pokojowej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonaj EBL. 
	UWAGA: Cienkie Au o długości około 5 nm zostało osadzone przez rozpylanie w celu rozładowania podczas wszystkich procesów EBL na podłożu szafirowym
	<ol>
		<li>Zidentyfikuj za pomocą mikroskopu optycznego obszar, w którym obserwuje się płatki monowarstwowe MoS2, a następnie zaprojektuj układ wzoru pasków dla tego konkretnego obszaru za pomocą oprogramowania do projektowania (AutoCAD).</li>
		<li>Fotorezystor spinowy (PR), na przykład polimetakrylan metylu (PMMA) lub P015, na wierzchu próbki przy 2000 obr./min przez 60 s (temperatura pokojowa). Upewnij się, że PR pokrył całą próbkę po wirowaniu.</li>
		<li>Podgrzewać próbkę (Soft Bake) w temperaturze 100 °C przez 90 s w celu odparowania rozpuszczalników w PR i zwiększenia przyczepności.</li>
		<li>Przekonwertuj układ wzoru z kroku 1.3.1 na określony plik (przykład: plik GDS) i prześlij go do oprogramowania EBL.</li>
		<li>Określ idealną dawkę wiązki elektronów na podstawie szerokości linii w układzie. 
		UWAGA: Dla linii o szerokości węższej niż 1 μm idealna dawka wiązki elektronów wynosi 110 μC/cm2; dla linii o szerokości od 1 do 5 μm dawka wynosi 100 μC/cm2; a dla szerokości linii szerszej niż 5 μm dawka wynosi 80 μC/cm2.</li>
		<li>Rozpocznij wystawianie próbki na działanie wiązki elektronów.</li>
		<li>Nałóż pieczenie poekspozycyjne (PEB) na próbkę po ekspozycji w celu zmniejszenia efektów fali stojącej. Podgrzewać próbkę w temperaturze 120 °C przez 90 s.</li>
		<li>Jako wywoływacz należy użyć wodorotlenku tetrametyloamonu (TMAH) 2,38%. Zanurz próbkę w TMAH na 80 s. Płucz TMAH 200 ml wody dejonizowanej przez 10 sekund.</li>
		<li>Sprawdź, czy wzór jest dobrze opracowany za pomocą mikroskopii optycznej.</li>
		<li>Przeprowadzić twarde pieczenie, aby pozbyć się nadmiaru wody z PR. Podgrzewać próbkę w temperaturze 110 °C przez 90 s.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zdefiniować struktury prążkowane za pomocą wytrawiania plazmowego tlenem (O2) o mocy 50 W (trawienie 1oczka) przez 30 s do 2 minut i usunąć PR za pomocą 50 ml acetonu.</li>
	<li>Uprawiaj diselenek wolframu (WSe2) przy użyciu CVD w miejscu docelowym, co spowoduje preferowany wzrost warstwy WSe2 między już istniejącymi paskami MoS2 na podłożu szafirowym.
	<ol>
		<li>Umieść 0,6 g proszku trójtlenku wolframu (WO3) w kwarcowej łódce znajdującej się na środku strefy grzewczej pieca. Umieść szafirowe podłoże w dole rzeki obok kwarcowej łodzi zawierającej proszek WO3.</li>
		<li>Przygotuj selen (Se) w proszku w oddzielnej łodzi kwarcowej po górnej stronie pieca. Podczas reakcji utrzymywać jego temperaturę na poziomie 260 °C.</li>
		<li>Użyj przepływu gazu Ar/H2 (Ar = 90 sccm, H2 = 6 sccm, 20 Torr), aby doprowadzić opary Se i WO3 do szafirowego podłoża, jednocześnie podgrzewając strefę środkową do 925 °C.</li>
		<li>Strefę grzewczą należy utrzymać po osiągnięciu żądanej temperatury wzrostu 925 °C przez 15 minut, a następnie w naturalny sposób schłodzić piec do temperatury pokojowej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonaj metalowe układy padów i znaczniki wyrównania.
	<ol>
		<li>Nałóż wzory metalowych tablic padów i wyrównaj znaki za pomocą techniki tworzenia wzorów fotolitografii.</li>
		<li>Osadzanie 20 nm/60 nm Ti/Au za pomocą parownika elektronowego. 
		UWAGA: Złoto służy do unikania utleniania metalowych podkładek.</li>
		<li>Przygotować i zanurzyć próbkę w 100 ml acetonu w celu rozpuszczenia PR i wykonania startu. Potrząśnij i przedmuchnij aceton, monitorując cały proces za pomocą mikroskopii optycznej, aż metalowe podkładki staną się widoczne.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonaj kolejny proces EBL, aby nałożyć wzór kształtu wstążki na heterozłącze MoS 2-WSe2.
	<ol>
		<li>Zmierz przemieszczenie współrzędnych między lokalizacjami docelowymi w heterozłączu MoS 2-WSe2 a znacznikami wyrównania za pomocą mikroskopii optycznej i zaprojektuj układ w kształcie wstęgi na podstawie tych pomiarów za pomocą oprogramowania (AutoCAD).</li>
		<li>Przędzenie PR, na przykład PMMA lub P015, na wierzchu próbki z prędkością 2000 obr./min przez 60 s (temperatura pokojowa). Upewnij się, że PR pokrył całą próbkę po wirowaniu.</li>
		<li>Podgrzewać próbkę (Soft Bake) w temperaturze 100 °C przez 90 s w celu odparowania rozpuszczalników w PR i zwiększenia przyczepności.</li>
		<li>Przekonwertuj układ wzoru z kroku 1.7.1 na określony plik (przykład: plik GDS) i prześlij go do oprogramowania EBL.</li>
		<li>Określ idealną dawkę wiązki elektronów na podstawie szerokości linii w układzie. 
		UWAGA: Dla linii o szerokości węższej niż 1 μm idealna dawka wiązki elektronów wynosi 110 μC/cm2; dla linii o szerokości od 1 do 5 μm dawka wynosi 100 μC/cm2; a dla szerokości linii szerszej niż 5 μm dawka wynosi 80 μC/cm2.</li>
		<li>Ustaw maszynę EBL w taki sposób, aby położenie znaczników wyrównania na podłożu szafirowym odpowiadało jej odpowiednikowi w układzie.</li>
		<li>Rozpocznij wystawianie próbki na działanie wiązki elektronów.</li>
		<li>Nałóż PEB na próbkę po ekspozycji w celu zmniejszenia efektów fali stojącej. Podgrzewać próbkę w temperaturze 120 °C przez 90 s.</li>
		<li>Użyj TMAH 2.38% jako programisty. Zanurz próbkę w TMAH na 80 s. Płucz TMAH 200 ml wody dejonizowanej przez 10 sekund.</li>
		<li>Sprawdź, czy wzór jest dobrze opracowany za pomocą mikroskopii optycznej.</li>
		<li>Przeprowadzić twarde pieczenie, aby pozbyć się nadmiaru wody z PR. Podgrzewać próbkę w temperaturze 110 °C przez 90 s.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Użyj wytrawiania plazmowegoO2 (wytrawianie 2nd), aby zdefiniować boczne heterozłącze w kształcie wstęgi i usunąć PR za pomocą acetonu.</li>
	<li>Wykonaj proces EBL, aby nałożyć wzór elektrod metalowych Ti/Au.
	<ol>
		<li>Zmierz przemieszczenie współrzędnych między lokalizacjami docelowymi w heterozłączu MoS 2-WSe2 a znakami wyrównania za pomocą mikroskopii optycznej i zaprojektuj układ elektrod metalowych na podstawie tych pomiarów za pomocą oprogramowania (AutoCAD).</li>
		<li>Przędzenie PR, na przykład PMMA lub P015, na wierzchu próbki z prędkością 2000 obr./min przez 60 s (temperatura pokojowa). Upewnij się, że PR pokrył całą próbkę po wirowaniu.</li>
		<li>Podgrzewać próbkę (Soft Bake) w temperaturze 100 °C przez 90 s w celu odparowania rozpuszczalników w PR i zwiększenia przyczepności.</li>
		<li>Przekonwertuj układ wzoru z kroku 1.9.1 na określony plik (przykład: plik GDS) i prześlij go do oprogramowania EBL.</li>
		<li>Określ idealną dawkę wiązki elektronów na podstawie szerokości metalowych linii w układzie. 
		UWAGA: Dla linii metalowej o szerokości węższej niż 1 μm idealna dawka wiązki elektronów wynosi 110 μC/cm2; dla linii o szerokości od 1 do 5 μm dawka wynosi 100 μC/cm2; a dla szerokości linii szerszej niż 5 μm dawka wynosi 80 μC/cm2.</li>
		<li>Ustaw maszynę EBL w taki sposób, aby pozycje znaczników wyrównania w podłożu szafirowym odpowiadały jej odpowiednikom w układzie.</li>
		<li>Rozpocznij wystawianie próbki na działanie wiązki elektronów.</li>
		<li>Nałóż PEB na próbkę po ekspozycji w celu zmniejszenia efektów fali stojącej. Podgrzewać próbkę w temperaturze 120 °C przez 90 s.</li>
		<li>Użyj TMAH 2.38% jako programisty. Zanurz próbkę w TMAH na 80 s. Płucz TMAH 200 ml wody dejonizowanej przez 10 sekund.</li>
		<li>Sprawdź, czy wzór jest dobrze opracowany za pomocą mikroskopii optycznej.</li>
		<li>Przeprowadzić twarde pieczenie, aby pozbyć się nadmiaru wody z PR. Podgrzewać próbkę w temperaturze 110 °C przez 90 s.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonaj osadzanie i podnoszenie metalu Ti / Au
	<ol>
		<li>Osadzaj metal Ti/Au za pomocą parownika elektronowego o grubości mniejszej niż 100 nm, w przeciwnym razie trudno będzie usunąć PR i niechciany metal przez podniesienie.</li>
		<li>Przygotować i zanurzyć próbkę w 100 ml acetonu w celu rozpuszczenia PR i wykonania startu. Potrząśnij i przedmuchnij aceton, monitorując cały proces za pomocą mikroskopii optycznej, aż pozostaną tylko metalowe linie i podkładki.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonaj proces EBL w kroku 1.9, ale nałóż wzór metalowej elektrody Pd/Au zamiast Ti/Au.</li>
	<li>Wykonaj proces osadzania i podnoszenia metalu w kroku 1.10, ale zdeponuj Pd/Au zamiast Ti/Au.</li>
</ol>
2. Proces produkcji tranzystorów bramkowanych wstecznie 2D
<ol>
	<li>Przygotować podłoża Si/SiO2 z bramkowaniem wstecznym ze znacznikami wyrównania.
	<ol>
		<li>Przygotuj domowe lub komercyjne podłoże SiO2/Si.</li>
		<li>Użyj technik fotolitografii lub wzoru EBL, aby zdefiniować znacznik wyrównania.</li>
		<li>Wykonaj reaktywne trawienie jonowe (RIE) na podłożu SiO2/Si, aż całkowita głębokość obszaru docelowego osiągnie 1000 nm i usuń plazmę PR za pomocąO2, aby odsłonić uformowane znaki wyrównania.</li>
		<li>Nakładaj wzory metalowych matryc padów za pomocą techniki modelowania fotolitograficznego.</li>
		<li>Osadzanie 20 nm/60 nm Ti/Au za pomocą parownika elektronowego. 
		UWAGA: Złoto służy do unikania utleniania metalowych podkładek.</li>
		<li>Przygotować i zanurzyć próbkę w 100 ml acetonu w celu rozpuszczenia PR i wykonania startu. Potrząśnij i przedmuchaj aceton, monitorując cały proces za pomocą mikroskopii optycznej, aż metalowe podkładki staną się widoczne.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonać CVD MoS2 na podłożu szafirowym w piecu o gorących ścianach.
	<ol>
		<li>Umieść 0,6 g proszku MoO3 w kwarcowej łódce znajdującej się na środku strefy grzewczej pieca. Umieść szafirowe podłoże w dole rzeki obok kwarcowej łodzi zawierającej proszek MoO3.</li>
		<li>Przygotuj proszek S w osobnej łódce kwarcowej po górnej stronie pieca. Podczas reakcji utrzymywać jego temperaturę na poziomie 190 °C.</li>
		<li>Użyj przepływu argonu (Ar = 70 sccm, 40 Torr), aby doprowadzić opary S i MoO3 do szafirowego podłoża, jednocześnie podgrzewając strefę środkową do 750 °C.</li>
		<li>Strefę grzewczą należy utrzymać przez 15 minut po osiągnięciu żądanej temperatury wzrostu 750 °C, a następnie w naturalny sposób schłodzić piec do temperatury pokojowej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przenieś MoS2 z szafiru na tylnie bramkowane podłoże SiO2/Si.
	<ol>
		<li>Wiruj powłokę PMMA z prędkością wirowania 3500 obr./min przez 30 s na folii MoS2.</li>
		<li>Piec próbkę MoS2/szafiru w temperaturze 120 °C przez 3 minuty w celu wzmocnienia powłoki PMMA.</li>
		<li>Zanurz próbkę MoS2/Sapphire w 50 ml roztworu amoniaku (14,5%) na około 30 minut do 2 godzin, aby oddzielić film MoS2 od podłoża szafirowego.</li>
		<li>Podnieś folię i przenieś ją na podłoże SiO2/Si.</li>
		<li>Upiecz próbkę MoS2/SiO2/Si w celu zwiększenia przyczepności między warstwami MoS2 i SiO2. Podgrzewać próbkę w temperaturze 120 °C przez około 30 minut do 1 godziny.</li>
		<li>Usuń PMMA, myjąc go 30 ml acetonu przez około 30 minut do 2 godzin.</li>
		<li>Przepłukać próbkę alkoholem izopropylowym i użyć azotu do wydmuchania.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonaj EBL. 
	UWAGA: Podczas procesu EBL na podłożu SiO2/Si nie osadza się cienkie Au, ponieważ Si jest w jakiś sposób przewodzący.
	<ol>
		<li>Zmierz przemieszczenie współrzędnych między lokalizacjami docelowymi a znakami wyrównania za pomocą mikroskopii optycznej i na podstawie tych pomiarów zaprojektuj układ wzoru elektrod metalowych za pomocą oprogramowania do projektowania. 
		UWAGA: Elektrody metalowe łączą punkty docelowe w próbce MoS2 z metalowymi podkładkami w podłożu SiO2/Si.</li>
		<li>Przędzenie PR, na przykład PMMA lub P015, na wierzchu próbki z prędkością 2000 obr./min przez 60 s (temperatura pokojowa). Upewnij się, że żądanie ściągnięcia objęło całą próbkę.</li>
		<li>Podgrzewać próbkę (Soft Bake) w temperaturze 100 °C przez 90 s w celu odparowania rozpuszczalników w PR i zwiększenia przyczepności.</li>
		<li>Przekonwertuj układ wzoru w kroku 2.4.1 na określony plik (przykład: plik GDS) i prześlij go do oprogramowania EBL.</li>
		<li>Określ idealną dawkę wiązki elektronów na podstawie szerokości metalowych linii w układzie. 
		UWAGA: Dla linii metalowej o szerokości węższej niż 1 μm idealna dawka wiązki elektronów wynosi 110 μC/cm2; dla linii o szerokości od 1 do 5 μm dawka wynosi 100 μC/cm2; a dla szerokości linii szerszej niż 5 μm dawka wynosi 80 μC/cm2.</li>
		<li>Ustaw maszynę EBL w taki sposób, aby położenie znaczników wyrównania na podłożu Si/SiO2 odpowiadało jej korespondencji w układzie.</li>
		<li>Rozpocznij wystawianie próbki na działanie wiązki elektronów.</li>
		<li>Nałóż PEB na próbkę po ekspozycji w celu zmniejszenia efektów fali stojącej. Podgrzewać próbkę w temperaturze 120 °C przez 90 s.</li>
		<li>Użyj TMAH 2.38% jako programisty. Zanurz próbkę w TMAH na 80 s. Płucz TMAH 200 ml wody dejonizowanej przez 10 sekund.</li>
		<li>Sprawdź, czy wzór jest dobrze opracowany za pomocą mikroskopii optycznej.</li>
		<li>Przeprowadzić twarde pieczenie, aby pozbyć się nadmiaru wody z PR. Podgrzewać próbkę w temperaturze 110 °C przez 90 s.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonaj napawanie i podnoszenie metalu
	<ol>
		<li>Zdeponuj Au metal za pomocą parownika elektronowego o grubości mniejszej niż 100 nm, w przeciwnym razie trudno będzie usunąć PR i niechciany metal przez podniesienie.</li>
		<li>Przygotować i zanurzyć próbkę w 100 ml acetonu w celu rozpuszczenia PR i wykonania startu. Potrząśnij i przedmuchnij aceton, monitorując proces za pomocą mikroskopii optycznej, aż pozostaną tylko metalowe linie i podkładki.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Kim, Y. B. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/245574353_Challenges_for_Nanoscale_MOSFETs_and_Emerging_Nanoelectronics">Challenges for Nanoscale MOSFETs and Emerging Nanoelectronics.</a> Transactions on Electrical and Electronic Materials. 11 (3), 93-105 (2010).</li>
<li>Waldrop, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+chips+are+down+for+Moore%27s+law%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">The chips are down for Moore's law.</a> Nature. 530 (7589), 144-147 (2016).</li>
<li>Lan, Y. W., Chang, W. H., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622312004782">Effects of oxygen bonding on defective semiconducting and metallic single-walled carbon nanotube bundles.</a> Carbon. 50 (12), 4619-4627 (2012).</li>
<li>Lan, Y. W., Aravind, K., Wu, C. S., Kuan, C. H., Chang-Liao, K. S., Chen, C. D. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622312003119">Interplay of spin-orbit coupling and Zeeman effect probed by Kondo resonance in a carbon nanotube quantum dot.</a> Carbon. 50 (10), 3748-3752 (2012).</li>
<li>Lan, Y. W., Nguyen, L. N., Lai, S. J., Lin, M. C., Kuan, C. H., Chen, C. D. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.3619177">Identification of embedded charge defects in suspended silicon nanowires using a carbon-nanotube cantilever gate.</a> Applied Physics Letters. 99 (5), (2011).</li>
<li>De Volder, M. F. L., Tawfick, S. H., Baughman, R. H., Hart, A. J. Carbon nanotubes: present and future commercial applications. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDe+Volder%2C+MFL+%22Science+%28New+York%2C+N.Y.%29%22">Science (New York, N.Y.)</a>. 339 (6119), 535-539 (2013).</li>
<li>Eatemadi, A., Daraee, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+nanotubes%3A+Properties%2C+synthesis%2C+purification%2C+and+medical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale+Research+Letters%22%5BJournal%5D)">Carbon nanotubes: Properties, synthesis, purification, and medical applications.</a> Nanoscale Research Letters. 9 (1), 1-13 (2014).</li>
<li>Lan, Y. W., Chang, W. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymer-free+patterning+of+graphene+at+sub-10-nm+scale+by+low-energy+repetitive+electron+beam%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Polymer-free patterning of graphene at sub-10-nm scale by low-energy repetitive electron beam.</a> Small. 10 (22), 4778-4784 (2014).</li>
<li>Romero, M. F., Bosca, A., et al. <a target="_blank" href="https://ieeexplore.ieee.org/document/8022984/">Impact of 2D-Graphene on SiN Passivated AlGaN/GaN MIS-HEMTs Under Mist Exposure.</a> IEEE Electron Device Letters. 38 (10), 1441-1444 (2017).</li>
<li>Blaschke, B. M., Tort-Colet, N., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1583/aa5eff/meta">Mapping brain activity with flexible graphene micro-transistors.</a> 2D Materials. 4 (2), 25040(2017).</li>
<li>Zhu, Z., Murtaza, I., Meng, H., Huang, W. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ra/c6ra27674a#!divAbstract">Thin film transistors based on two dimensional graphene and graphene/semiconductor heterojunctions.</a> RSC Advances. 7 (28), 17387-17397 (2017).</li>
<li>Kim, S. J., Choi, K., Lee, B., Kim, Y., Hong, B. H. <a target="_blank" href="https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-matsci-070214-020901">Materials for Flexible, Stretchable Electronics: Graphene and 2D Materials.</a> Annual Review of Materials Research. 45 (1), 63-84 (2015).</li>
<li>Manzeli, S., Ovchinnikov, D., Pasquier, D., Yazyev, O. V., Kis, A. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/natrevmats201733">2D transition metal dichalcogenides.</a> Nature Reviews Materials. 2, (2017).</li>
<li>Kolobov, A. V., Tominaga, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKolobov%2C+AV+%22Emerging+Applications+of+2D+TMDCs%22">Emerging Applications of 2D TMDCs</a>. 239, Springer Series in Materials Science. 473-512 (2016).</li>
<li>Nguyen, L. N., Lan, Y. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resonant+tunneling+through+discrete+quantum+states+in+stacked+atomic-layered+MoS2%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Resonant tunneling through discrete quantum states in stacked atomic-layered MoS2.</a> Nano Letters. 14 (5), 2381-2386 (2014).</li>
<li>Torres, C. M., Lan, Y. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Current+Gain+Two-Dimensional+MoS2-Base+Hot-Electron+Transistors%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">High-Current Gain Two-Dimensional MoS2-Base Hot-Electron Transistors.</a> Nano Letters. 15 (12), 7905-7912 (2015).</li>
<li>Jariwala, D., Sangwan, V. K., Lauhon, L. J., Marks, T. J., Hersam, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emerging+Device+Applications+for+Semiconducting+Two-Dimensional+Transition+Metal+Dichalcogenides%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Emerging Device Applications for Semiconducting Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides.</a> ACS Nano. 8 (2), 1102-1120 (2014).</li>
<li>Choi, W., Choudhary, N., Han, G. H., Park, J., Akinwande, D., Lee, Y. H. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702116302917">Recent development of two-dimensional transition metal dichalcogenides and their applications.</a> Materials Today. 20 (3), 116-130 (2017).</li>
<li>Xiao, H. <a target="_blank" href="https://spie.org/Publications/Book/924283?SSO=1">Introduction to Semiconductor Manufacturing Technology, Second Edition</a>. , Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers. (2012).</li>
<li>Lin, C. Y., Zhu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic-Monolayer+Two-Dimensional+Lateral+Quasi-Heterojunction+Bipolar+Transistors+with+Resonant+Tunneling+Phenomenon%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Atomic-Monolayer Two-Dimensional Lateral Quasi-Heterojunction Bipolar Transistors with Resonant Tunneling Phenomenon.</a> ACS Nano. 11 (11), 11015-11023 (2017).</li>
<li>Qi, J., Lan, Y. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezoelectric+effect+in+chemical+vapour+deposition-grown+atomic-monolayer+triangular+molybdenum+disulfide+piezotronics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Piezoelectric effect in chemical vapour deposition-grown atomic-monolayer triangular molybdenum disulfide piezotronics.</a> Nature Communications. 6, (2015).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W artykule przedstawiono szczegółowe procedury wytwarzania nowatorskiej elektroniki opartej na materiałach 2D w skali nanometrowej. Ze względu na to, że procedury przygotowania próbek w każdej aplikacji różnią się między sobą, nakładające się na siebie procesy potraktowano jako protokół. Wzorcowanie wiązki elektronów w połączeniu z określeniem lokalizacji materiału i zdefiniowaniem elektrody metalowej służy zatem jako protokół. Spośród dwóch wymienionych typów urządzeń przedstawiono cały proces tranzystorów 2D z bramką w...

Od dziesięcioleci ludzkość doświadcza gwałtownego zmniejszania rozmiarów tranzystorów, a co za tym idzie, wykładniczego wzrostu liczby tranzystorów w układach scalonych (IC). Pozwala to na ciągły postęp technologii komplementarnych półprzewodników metalowo-tlenkowych (CMOS) na bazie krzemu1. Co więcej, obecny trend w rozmiarze i wydajności wytwarzanych urządzeń jest nadal zgodny z prawem Moore'a, które mówi, że liczba tranzystorów w chipach elektronicznych, a także ich wydajność, podwaja się mniej więcej co dwa lata2. Tranzystory CMOS są obecne w większości, jeśli nie we wszystkich, urządzeniach elektronicznych dostępnych na rynku, co czyni je integralną częścią ludzkiego życia. Z tego powodu istnieją ciągłe żądania poprawy rozmiaru i wydajności chipów, które zmuszają producentów do dalszego podążania ścieżką prawa Moore'a.
Niestety, prawo Moore'a wydaje się zbliżać do końca ze względu na ilość ciepła generowanego, gdy więcej obwodów krzemowych jest wciskanych na małym obszarze2. Wymaga to nowych rodzajów materiałów, które mogą zapewnić taką samą, jeśli nie lepszą, wydajność jak krzem, a jednocześnie mogą być wdrażane na stosunkowo mniejszą skalę. W ostatnim czasie nowe, obiecujące materiały stały się przedmiotem wielu badań z zakresu materiałoznawstwa. Takie materiały jak jednowymiarowe (1D) nanorurki węglowe3,4,5,6,7, 2D graphene8,9,10,11,12 oraz dichalkogenki metali przejściowych (TMD)13,14,15,16,17,18, są dobrymi kandydatami, którzy mogą być użyci jako substytut CMOS opartego na krzemie i kontynuować ścieżkę prawa Moore'a.
Produkcja urządzeń na małą skalę wymaga starannego określenia lokalizacji materiału, aby z powodzeniem przejść do innych technik produkcji, takich jak litografia i definicja elektrod metalowych. Tak więc metoda przedstawiona w tym artykule została opracowana, aby odpowiedzieć na tę potrzebę. W porównaniu z tradycyjnymi technikami wytwarzania półprzewodników19, podejście przedstawione w tym artykule jest dostosowane do rozwoju urządzeń na małą skalę, które wymagają większej uwagi w zakresie znalezienia lokalizacji materiału. Celem tej metody jest niezawodne wytwarzanie urządzeń z nanomateriałów 2D, takich jak tranzystory 2D z bramką wsteczną i Q-HBT, przy użyciu standardowych procesów produkcyjnych. Może to posłużyć jako platforma dla przyszłych prac nad nanourządzeniami, ponieważ toruje drogę do produkcji przyszłych zaawansowanych urządzeń w skali nano.
W dalszej części szczegółowo omówiono procesy produkcji urządzeń opartych na materiałach 2D, a mianowicie Q-HBT i tranzystora 2D z bramką wsteczną. Wzorcowanie wiązki elektronów w połączeniu z określeniem lokalizacji materiału i definicją elektrody metalowej składa się na protokół, ponieważ są one wymagane w obu wymienionych procesach. W części 1 omówiono krok po kroku proces wytwarzania Q-HBTs20; a część 2 demonstruje uniwersalne podejście do otrzymywania tranzystorów z dwusiarczkiem molibdenu (MoS2) z fazy chemicznej (CVD) z transferu do lift-off21, co zostało w pełni pokazane w artykule. Szczegółowy przebieg procesu jest zilustrowany na (<silna klasa="xfig">Rysunek 1).

<table><tbody><tr><td>Parownik pistoletu elektrycznego</td><td>AST</td><td>PEVA 600I</td><td></td></tr><tr><td>Au slug, 99,99%</td><td>Well-Being Enterprise Co</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Ti slug, 99,99%</td><td>Well-Being Enterprise Co</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>System litografii wiązki elektronicznej</td><td>Elionix</td><td>ELS7500-EX</td><td></td></tr><tr><td>System CVD z zimną ścianką</td><td>Siarka Science</td><td>SCW600S</td><td></td></tr><tr><td>C-plane Podłoże szafirowe</td><td>Summit-Tech</td><td>X171999</td><td>(0001) &plusmn; 0.2&deg; jednostronnie polerowany</td></tr><tr><td>100 nm SiO2/Si</td><td></td><td></td><td>Wykonane w</td></tr><tr><td>roztworze amoniaku</td><td>NDL</td><td>Roztwór amoniaku BASF 28% Selectipur</td><td></td></tr><tr><td>Molibden (Mo), 99.95%</td><td>Summit-Tech</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Wolfram (W), 99.95%</td><td>Summit-Tech</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Siarka (S), 99,5%</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>13803</td><td></td></tr><tr><td>Polimetakrylan metylu (PMMA)</td> <td>Mikrochemia</td><td>8110788</td><td>Zastosowanie w procesie przenoszenia</td></tr><tr><td>Powlekarka wirowa</td><td>Laurell</td><td>WS 400B 6NPP LITE</td><td></td></tr><tr><td>Aceton</td><td>BASF</td><td>Aceton EL Selectipur</td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol (IPA)</td><td>BASF</td><td>2-propanol UPS</td><td></td></tr><tr><td>Photo Resist dla EBL</td><td>TOK</td><td>TDUR-P-015</td><td></td></tr><tr><td>Środek do czyszczenia plazmy</td><td>Harrick Plasma</td><td>PDC-32G</td><td>Plazma tlenowa</td></tr></tbody></table>

standardowa i niezawodna metoda wytwarzania dwuwymiarowej nanoelektroniki

A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Materiały dwuwymiarowe (2D) przyciągnęły ogromne zainteresowanie ze względu na ich unikalne właściwości i potencjalne zastosowania. Ponieważ synteza materiałów 2D w skali waflowej jest wciąż w powijakach, naukowcy nie mogą w pełni polegać na tradycyjnych technikach półprzewodnikowych w powiązanych badaniach. Delikatne procesy, od lokalizacji materiałów po definicję elektrody, muszą być dobrze kontrolowane. W artykule przedstawiono uniwersalny protokół wytwarzania wymagany w produkcji elektroniki w nanoskali, takiej jak quasi-heterozłączowe tranzystory bipolarne 2D (Q-HBT) i tranzystory 2D z bramkowaniem wstecznym. Protokół ten obejmuje określenie położenia materiału, litografię wiązką elektronów (EBL), definicję elektrody metalowej i wsp. Przedstawiono również opis krok po kroku procedur produkcyjnych dla tych urządzeń. Co więcej, wyniki pokazują, że każde z wyprodukowanych urządzeń osiągnęło wysoką wydajność przy wysokiej powtarzalności. Praca ta ujawnia kompleksowy opis przebiegu procesu przygotowania nanoelektroniki 2D, umożliwia grupom badawczym dostęp do tych informacji i toruje drogę do przyszłej elektroniki.

Procesy wytwarzania urządzeń zostały zastosowane w kilku badaniach autora korespondencyjnego dotyczących opracowania urządzeń z materiałów 2D. W tej części zaprezentowano wyniki niektórych z tych badań, aby wykazać skuteczność omówionego powyżej protokołu. Jako pierwszy przykład wybrano monowarstwowy boczny Q-HBT z WSe2-MoS220. Wykorzystując standardowe procesy wytwarzania urządzeń szczegółowo opisane w protokole, wyhodowano monowarstwowe bocz...

Artykuł ma na celu wprowadzenie standardowej i niezawodnej procedury produkcji dla rozwoju przyszłej niskowymiarowej nanoelektroniki.

Standardowa i niezawodna metoda wytwarzania dwuwymiarowej nanoelektroniki

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D ...

Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie wytwarzania urządzeń materiałowych 2D, związane z technikami precyzyjnego lokalizowania próbek materiałów 2D w ramach przygotowań do późniejszych etapów produkcji. Główną zaletą tej techniki jest to, że jest ona dostosowana do opracowywania urządzeń na małą skalę, dla których znalezienie lokalizacji materiałów jest trudniejsze. Procedurę zademonstrują Po-Chun Chen i Kristan, asystenci naukowi i doktoranci z mojego laboratorium.Proces produkcji wymaga dwóch przygotowanych substratów. Pierwszym z nich jest bramkowany wstecznie dwutlenek krzemu na krzemie z tytanowymi i złotymi metalowymi układami padów. Drugim podłożem jest szafir z osadzoną warstwą dwusiarczku molibdenu.Weź szafirowe podłoże z dwusiarczkiem molibdenu do powlekarki wirowej. Wiruj warstwę PMMA, aby pokryć górną część dwusiarczku molibdenu z prędkością 3 500 obr./min przez 30 sekund. Następnie przenieś próbkę na gorącą płytę i piecz ją w temperaturze 120 stopni Celsjusza przez trzy minuty, aby wzmocnić powłokę PMMA.Następnie przygotuj 50 mililitrów roztworu amoniaku. Zanurzyć próbkę w celu oddzielenia dwusiarczku molibdenu od podłoża. Po oddzieleniu się folii usuń ją z roztworu amoniaku.Przenieść warstwę dwusiarczku molibdenu na dwutlenek krzemu na podłożu krzemowym. Aby zwiększyć przyczepność, piecz próbkę w temperaturze 120 stopni Celsjusza przez co najmniej 30 minut. Odzyskać próbkę i umieścić ją w 30 mililitrach acetonu.Po około 30 minutach PMMA zostanie usunięty, na co wskazuje zmiana koloru. Przed kontynuowaniem przepłukać próbkę w alkoholu izopropylowym i użyć azotu do jej wydmuchania. Teraz przygotuj się do wykonania litografii wiązką elektronów.Użyj mikroskopu optycznego, aby zmierzyć przemieszczenie między lokalizacjami docelowymi a znakami wyrównania na próbce. Na podstawie tych pomiarów zaprojektuj układ wzoru elektrody metalowej za pomocą oprogramowania. Odkręć powłokę Photo Resist na wierzchu próbki i upewnij się, że pokrywa całą próbkę.Przejdź do miękkiego pieczenia próbki w temperaturze 100 stopni Celsjusza przez 90 sekund, aby zwiększyć przyczepność. Na maszynie do litografii wiązką elektronów prześlij projekt i umieść próbkę. Znaki wyrównania na podłożu krzemowo-dwutlenkowym powinny być zgodne z odpowiednimi znakami w projekcie.Wystaw próbkę na działanie wiązki elektronów. Po zakończeniu przenieś próbkę na gorącą płytę. Podgrzej próbkę do 120 stopni Celsjusza przez 90 sekund w pieczeniu poekspozycyjnym.Następnie przygotuj pojemnik TMAH jako wywoływacz i zanurz próbkę na 80 sekund. Następnie umyj próbkę w 200 mililitrach wody dejonizowanej przez 10 sekund. Zbadaj próbkę za pomocą mikroskopu optycznego, aby określić, czy wzór jest dobrze rozwinięty.Jeśli jest dobrze rozwinięta, piecz próbkę na twardo w temperaturze 110 stopni Celsjusza przez 90 sekund. Następnym krokiem jest użycie parownika z działem elektronowym do osadzenia 100 nanometrów złota na próbce. Po osadzeniu pracuj nad usunięciem rezystu fotograficznego.Aby rozpuścić Photo Resist, przygotuj 100 mililitrów acetonu. Zanurz próbkę w acetonie, aby wykonać uniesienie. Monitoruj proces za pomocą mikroskopu optycznego i zatrzymaj się, gdy pozostaną tylko metalowe linie i podkładki.Podczas charakteryzacji należy wybrać źródło i elektrodę drenującą spośród znajdujących się w urządzeniu, a następnie użyć mikroskopu sił anatomicznych, aby przyłożyć obciążenie do próbki. W tym miejscu X wskazują, gdzie zostały przyłożone obciążenia. Obciążenia mikroskopu sił atomowych powodują ściskające naprężenie urządzenia.Oto charakterystyka napięcia prądowego urządzenia z dwusiarczkiem molibdenu przy różnych przyłożonych siłach wytwarzających odkształcenia ściskające. Przy danym napięciu prąd urządzenia maleje wraz ze wzrostem przyłożonej siły i odwrotnie, wskazując na zmianę rezystancji urządzenia, zachowanie oczekiwane w przypadku czujnika piezoelektrycznego. Dane te dotyczą aktualnej odpowiedzi urządzenia z dwusiarczkiem molibdenu na powtarzające się odkształcenia ściskające przy stałym napięciu polaryzacji wynoszącym jeden wolt.Prąd wyjściowy prawie się nie zmienia przy wielokrotnym przyłożeniu 10 nanoniutonów siły, co sugeruje, że czujnik jest stabilny. Po opanowaniu i prawidłowym wykonaniu, technikę tę można wykonać w ciągu 20 godzin bez przerwy, wliczając w to wyprodukowanie wszystkich tranzystorów. Po opracowaniu technika ta może posłużyć jako platforma dla przyszłego rozwoju nanourządzeń, torując drogę do produkcji przyszłych zaawansowanych urządzeń w nanoskali.Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak niezawodnie wytwarzać tranzystory 2D z bramkowaniem wstecznym przy użyciu standardowych procesów produkcyjnych, w tym litografii wiązką elektronów i elektroosadzania metali. Chociaż metoda ta służy do opracowywania urządzeń nanomateriałowych 2D, może być również stosowana do materiałów 1D. Nie zapominaj, że praca z TMAH, roztworem amoniaku, PMMA i innymi fotorezystorami może być niezwykle niebezpieczna, a podczas wykonywania tej procedury należy zawsze nosić środki ochrony osobistej.

a-standard-reliable-method-to-fabricate-two-dimensional

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Przedstawiamy metody wytwarzania wzorowanych mikrostruktur z pionowo wyrównanych nanorurek węglowych (CNTs) oraz ich zastosowanie jako form macierzystych do produkcji polimerowych mikrostruktur z uporządkowaną nanostrukturą powierzchni. Las nanorurek CNT jest zagęszczany poprzez kondensację rozpuszczalnika na podłożu, co znacznie zwiększa ich gęstość upakowania i umożliwia samokierowane tworzenie kształtów 3D.

Wytwarzanie, zagęszczanie i odlewanie replik trójwymiarowych mikrostruktur z nanorurek węglowych

Bezpośredni zapis laserem femtosekundowym jest często wykorzystywany do tworzenia trójwymiarowych (3D) wzorów w polimerach i szkle. Jednakże formowanie metali w 3D wciąż stanowi wyzwanie. Opisujemy metodę wytwarzania nanostruktur srebrnych osadzonych w matrycy polimerowej przy użyciu lasera femtosekundowego o długości fali 800 nm.

Metoda wytwarzania rozłącznych nanostruktur srebrowych w 3D

Opisujemy technikę nanoformowania, która pozwala na tanie wzorowanie na nanoskali funkcjonalnych materiałów, stosów materiałów i całych urządzeń. Nanoformowanie może być wykonywane na dowolnym zestawie nanoimprintingu i może być stosowane do szerokiej gamy materiałów i procesów osadzania.

Nanoformowanie materiałów funkcjonalnych, wszechstronna metoda komplementarnej replikacji wzoru do nanoimprintingu

Opisano wytwarzanie elektrycznie adresowalnych, o wysokim współczynniku proporcji (&gt; 1000:1) metalowych nanodrutów oddzielonych przerwami pojedynczych nanometrów przy użyciu albo warstw protektorowych aluminium i srebra, albo samoorganizujących się monowarstw jako szablonów. Te struktury nanoszczelinowe są wytwarzane bez pomieszczenia czystego lub jakichkolwiek procesów litograficznych wykorzystujących wiązkę foto- lub elektronów za pomocą litografii krawędziowej znanej jako nanoskiving.

Wytwarzanie nanoluk za pomocą Nanoskiving

Opisujemy protokół produkcji i pomiaru urządzeń dla biosensorów wysokiej częstotliwości opartych na nanorurkach węglowych. Technika wykrywania wysokiej częstotliwości łagodzi podstawowy efekt ekranowania jonowego (Debye) i umożliwia pracę biosensora z nanorurkami w roztworach o wysokiej sile jonowej, w których zawodzą konwencjonalne bioczujniki elektroniczne. Nasza technologia stanowi unikalną platformę dla elektronicznych bioczujników przyłóżkowych (POC) działających w warunkach fizjologicznie...

Wytwarzanie nanoelektronicznego biosensora wysokiej częstotliwości z nanorurek węglowych do wykrywania w roztworach o wysokiej sile jonowej

Ten artykuł przedstawia szczegółowy protokół wytwarzania półprzewodnikowych bocznych kropek kwantowych zdefiniowanych przez bramkę na heterostrukturach arsenku galu. Te nanoskalowe urządzenia są używane do wychwytywania kilku elektronów w celu wykorzystania ich jako bitów kwantowych w kwantowym przetwarzaniu informacji lub do innych eksperymentów mezoskopowych, takich jak pomiary przewodności koherentnej.

Nanowytwarzanie bocznych kropek kwantowych GaAs/AlGaAs zdefiniowanych przez bramkę

Przedstawiamy prostą metodę wytwarzania ultrawysokiej gęstości pionowo uporządkowanych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych. Metoda ta pozwala na syntezę złożonych, heterostrukturalnych hybrydowych geometrii nanodrutów, które można niedrogo hodować na dowolnych podłożach. Struktury te mają potencjalne zastosowania w elektronice organicznej, optoelektronice, detekcji chemicznej, fotowoltaice i spintronice.

Układ ultrawysokiej gęstości pionowo ustawionych małocząsteczkowych nanodrutów organicznych na dowolnych podłożach

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

Przedstawiamy protokół łączący metrologię atomową Skaningowego Mikroskopu Tunelowego do modelowania powierzchni z selektywnym osadzaniem warstw atomowych i reaktywnym trawieniem jonowym. Korzystając z solidnego procesu obejmującego liczne ekspozycje atmosferyczne i transport, wytwarzane są nanostruktury 3D z metrologią atomową.

Wytwarzanie nanostruktur identyfikowalnych atomowo

W tym artykule pokazano dielektroforezę wspomaganą przepływem dla samoorganizacji urządzeń nanoprzewodowych. Jako przykład pokazano wytwarzanie tranzystora polowego z nanodrutu krzemowego.

Dielektroforeza wspomagana przepływem: tania metoda wytwarzania wysokowydajnych urządzeń nanoprzewodowych przetwarzalnych w roztworze

Tutaj prezentujemy protokół do kontrolowania liczby nośników w ciałach stałych za pomocą elektrolitu.

Sterowanie polem elektrycznym stanów elektronowych w nanourządzeniach WS2 za pomocą bramkowania elektrolitu

Poznaj niezawodną metodę wytwarzania nanoelektroniki dwuwymiarowej z wykorzystaniem dwusiarczku molibdenu i litografii elektronowej. Technika ta umożliwia precyzyjne lokalizowanie materiałów 2D dla przyszłych urządzeń nanoskalowych.

Standardowa i niezawodna metoda wytwarzania dwuwymiarowej nanoelektroniki

Przeglądaj więcej filmów