Расширенный Экспериментальные методы низкотемпературной магнитотранспорте измерения новых материалов

Общая цель этой процедуры заключается в измерении электрических характеристик монокристаллов однослойных тонкопленочных материалов с интересными электронными свойствами. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области наноэлектроники, такие как как отдельные слои различных материалов, наложенные друг на друга, взаимодействуют электронным способом и каково эмерджентное электронное поведение полученной гетероструктуры. Основное преимущество этой методики заключается в том, что она позволяет получать высококачественные, бездефектные, многослойные образцы для транспортных измерений.

Хотя этот метод может дать представление о графене, он также может быть применен к другим системам, таким как дихалькогениды переходных металлов, топологические изоляторы и другие слоистые материалы. Подготовка субстрата описана в текстовом протоколе. Хлопья должны быть качественным, объемным образцом.

Для начала отшелушите образец хлопьев. Приготовьте по одному на три сантиметра кусочки стандартной вафельной ленты для нарезки кубиками и обнажите квадратный сантиметр клея, отклеив разделительную бумагу. Прижмите адгезивную часть к объемному образцу на предметном стекле.

Убедитесь, что большая часть клеевой зоны покрыта образцом. Затем прижмите ленту к клейкой стороне другого куска и отделите их. Продолжайте делать это до тех пор, пока чешуйки образца, прикрепленные к ленте для нарезки кубиков, не станут прозрачными.

Затем прижмите ленту с образцом чешуек к кусочку подготовленного субстрата. Отклейте ленту, оставив чешуйки прилипшими к субстрату. Осмотрите подложку под микроскопом.

Обратите внимание на положение подходящей чешуйки на подложке с помощью позиционных меток, нанесенных на подложку. Используйте атомно-силовой микроскоп для измерения толщины чешуек. Его толщина должна быть менее 100 нанометров.

При необходимости нанесите распыленный диоксид кремния на образец для создания изолирующей матрицы и удержания образца на подложке. Для получения гетероструктур, состоящих из нескольких чешуек, готовят стеки хлопьев. Во-первых, сделайте прозрачную механическую печать PDMS и PPC, как описано в текстовом протоколе.

Затем с помощью микропозиционера расположите штамп над первой чешуйкой слоистого материала в стеке гетероструктур. Затем отрегулируйте ось Z, чтобы нажать штамп на чешуйку образца. Этот шаг требует терпения, точности и пристального внимания к незначительным изменениям цвета PPC PDMS при его контакте с чешуйками образца.

Затем нагрейте образец примерно до 40 градусов Цельсия с помощью резистивного нагревателя под образцом. Это увеличивает притяжение между PPC и образцом. После нагревания в течение двух минут медленно поднимите штамп.

Чешуйка образца должна быть прикреплена к PPC. Теперь поместите механический штамп с прикрепленным образцом чешуек поверх следующей чешуйки слоистого материала, который будет использоваться в стопке. Внимательно следите за выравниванием и медленно опускайте штамп до тех пор, пока прикрепленная чешуйка не соприкоснется со следующей чешуйкой.

Затем слегка надавите на образец. Далее снова нагреваем образец до 40 градусов Цельсия в течение двух минут. Затем медленно поднимаем штамп вверх, а следующий образец чешуек следует прикрепить, формируя стопку.

Повторяйте этот процесс до тех пор, пока не будет собран стек нужного размера. Теперь перенесите стек гетероструктур на новую подложку, сначала аккуратно надавливая штамп на новый кусок подложки. Затем нагрейте штамп и подложку до 100 градусов Цельсия в течение пяти минут.

Все еще находясь при температуре 100 градусов по Цельсию, медленно поднимите штамп, оставляя стопку на подложке. Первый этап этого протокола включает в себя использование изображений образца при увеличении 20 и 100 раз для подготовки дизайна для электронно-лучевой литографии. В результате получилась конструкция бара Hall с шестью терминалами.

Следующим шагом является выкройка дизайна в ПММА. Сначала открутите слой ПММА с молекулярной массой 950 000 на четырехдюймовой пластине со скоростью 5 000 оборотов в минуту в течение двух минут. Затем выпекайте при температуре 180 градусов Цельсия в течение двух минут.

И дайте ему остыть еще несколько минут, прежде чем использовать его. Теперь загрузите образец в систему электронно-лучевой литографии. И, следуя стандартным протоколам, напечатайте шаблон на пластине с кодировкой из ПММА.

Затем вытравите образец в барной мезе Холла. Используйте систему реактивного ионного травления для травления образца в баре Холла, используя ранее замаскированный узор. После завершения травления удалите ПММА ацетоном, затем промойте изопропанолом, а затем водой.

Для приготовления электронно-лучевой противостойной маски, для осаждения металлических контактов, используйте два слоя ПММА. Первый слой сделайте из ПММА с молекулярной массой 495 000, а второй слой с молекулярной массой 950 000. Затем используйте систему электронно-лучевой литографии, как и раньше, чтобы создать контактный рисунок на пластине.

Заключительные шаги заключаются в нанесении металлического хрома на образец с помощью электронно-лучевого испарителя с последующим отрывом металла. Эти процессы подробно описаны в текстовом протоколе. Для эксперимента с магнитотранспортом сначала подготовьте электрическую транспортную упаковку с изготовленным образцом.

Далее плотно прикрепите пакет к наконечнику щупа. Затем подключите все диагностические устройства к датчику. Надежное подключение к каналу контроля температуры и электрическим измерительным каналам.

Теперь проветрьте воздушный шлюз и вставьте наконечник щупа и зафиксируйте его на месте с помощью зажима и уплотнительного кольца. Затем установите транспортные измерения в соответствии с конкретным типом зонда. Затем откачайте воздух и водяной пар из шлюза в течение необходимого времени с помощью вакуумного насоса.

Закройте обменный пункт и закройте запорные клапаны. Теперь откройте клапаны, отделяющие пространство шлюза от пространства измерения. Следующим этапом является введение необходимого объема газа в зондовое пространство.

Теперь отрегулируйте температуру мини-сорба и основного сорба по мере необходимости. И медленно опустите щуп в центр измерительного пространства. Затем направьте систему на температуру, близкую к нулю Кельвина в соответствии с типом пробника.

Как только температура упадет, начните проводить измерения переноса в диапазоне температур, магнитных полей, напряжений затвора и так далее. Устройство Холла было смоделировано из графена, уложенного на гексагональный нитрид бора для эксперимента по низкотемпературному магнитотранспорту, как описано. На этой схеме показаны состояния травления Ландауэра-Бутиккера, возникающие из уровней Ландау.

Эти состояния травления обеспечивают механизм переноса для расчета значений измеренных сопротивлений Холла. Экспериментальные периметры включали в себя воздействие на устройство магнитных полей до 12 Тесла, температур до нуля целых трех Кельвинов и напряжения затвора до 30 вольт. Плато измеренного сопротивления Холла соответствует заполнению уровня Ландау.

Это модельный пример квантового эффекта Холла. При шести Теслах сопротивление Холла и продольное сопротивление были исследованы как функции напряжения заднего затвора для описания квантового эффекта Холла на графен. После просмотра этого видео у вас должно быть хорошее понимание того, как производить высококачественные, бездефектные, многослойные образцы для измерения транспортировки с помощью отслаивания образцов, укладки чешуек с помощью микропозиционера и микроскопа, а также передовых инструментов нанопроизводства.

Пытаясь выполнить эту процедуру, важно помнить о терпении и точности. После его разработки эти методы открывают путь исследователям в области наноэлектроники для изучения квантового поведения Nuvo в гетероструктурах графена и нитрида графенового бара.