Standardowa i niezawodna metoda wytwarzania dwuwymiarowej nanoelektroniki

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.