Стандартные и надежный метод для изготовления двумерных наноэлектроника

Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области изготовления устройств из 2D-материалов, связанные с методами точного определения местоположения образцов 2D-материалов при подготовке к более поздним этапам изготовления. Основное преимущество этой методики заключается в том, что она адаптирована к разработке небольших устройств, для которых поиск местоположения материалов является более сложной задачей. Демонстрировать процедуру будут По-Чун Чен и Кристан, научные сотрудники и аспиранты из моей лаборатории.

Для процесса изготовления требуются две подготовленные подложки. Первый представляет собой обратное стробирование диоксида кремния на кремнии с титановыми и золотыми металлическими прокладочными массивами. Вторая подложка – сапфир с нанесенным слоем дисульфида молибдена.

Возьмите сапфировую подложку с дисульфидом молибдена в аппарат для нанесения покрытий методом отжима. Нанесите слой ПММА, чтобы покрыть верхнюю часть дисульфида молибдена при 3 500 об/мин в течение 30 секунд. Затем переместите образец на горячую плиту и запекайте его при температуре 120 градусов Цельсия в течение трех минут, чтобы укрепить покрытие из ПММА.

Далее приготовьте 50 миллилитров раствора аммиака. Погрузите образец, чтобы отделить дисульфид молибдена от подложки. Как только пленка отделится, снимите с нее раствор аммиака.

Перенесите пленку дисульфида молибдена на диоксид кремния на кремниевую подложку. Чтобы усилить адгезию, выпекайте образец при температуре 120 градусов Цельсия не менее 30 минут. Извлеките образец и поместите его в 30 миллилитров ацетона.

Примерно через 30 минут ПММА будет удален, о чем свидетельствует изменение цвета. Прежде чем продолжить, промойте образец в изопропиловом спирте и используйте азот, чтобы высушить его феном. Теперь подготовьтесь к выполнению электронно-лучевой литографии.

С помощью оптического микроскопа измерьте смещение между целевыми местами и юстировочными метками на образце. На основе этих измерений спроектируйте схему металлических электродов с помощью программного обеспечения. Нанесите пальто Photo Resist поверх образца и убедитесь, что оно покрывает весь образец.

Пекайте образец при температуре 100 градусов Цельсия в течение 90 секунд, чтобы усилить адгезию. На электронно-лучевой литографической машине загрузите рисунок и расположите образец. Метки выравнивания на подложке из кремния-диоксида кремния должны совпадать с соответствующими метками в конструкции.

Подвергните образец воздействию электронного пучка. Когда закончите, переложите образец на горячую плиту. Нагрейте образец до 120 градусов Цельсия в течение 90 секунд в процессе запекания после выдержки.

Затем подготовьте контейнер с TMAH в качестве проявителя и погрузите образец на 80 секунд. Затем промойте образец в 200 миллилитрах деионизированной воды в течение 10 секунд. Исследуйте образец с помощью оптического микроскопа, чтобы определить, хорошо ли проработан рисунок.

Если он хорошо развит, выпекайте образец при температуре 110 градусов Цельсия в течение 90 секунд. Следующим шагом является использование испарителя с электронной пушкой для нанесения на образец 100 нанометров золота. После осаждения работайте над удалением фоторезиста.

Для растворения фоторезиста приготовьте 100 миллилитров ацетона. Погрузите образец в ацетон, чтобы выполнить отрыв. Следите за процессом с помощью оптического микроскопа и остановитесь, когда останутся только металлические стропы и контактные площадки.

Во время определения характеристик выберите источник и дренажный электрод из тех, что установлены в устройстве, затем с помощью анатомического силового микроскопа подайте нагрузку на образец. Здесь Xs указывает, куда были приложены нагрузки. Нагрузка атомно-силового микроскопа приводит к сжимающей деформации устройства.

Приведены вольтажные характеристики устройства на основе дисульфида молибдена при различных приложенных силах, создающих сжимающую деформацию. При заданном напряжении ток устройства уменьшается с увеличением приложенной силы и наоборот, что свидетельствует об изменении сопротивления устройства, поведении, которое ожидается для пьезодатчика. Эти данные относятся к текущей характеристике устройства на основе дисульфида молибдена на повторные сжимающие деформации при фиксированном напряжении смещения в один вольт.

Выходной ток практически не изменяется при многократном приложении силы в 10 наноньютонов, что говорит о том, что датчик стабилен. После того, как эта техника будет освоена и выполнена должным образом, она может быть выполнена за 20 часов подряд, включая изготовление всех транзисторов. После своего развития этот метод может послужить платформой для будущих разработок наноустройств, поскольку он прокладывает путь к производству будущих передовых наноразмерных устройств.

После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как надежно изготавливать 2D-транзисторы с затворным затвором с использованием стандартных производственных процессов, включая электронно-лучевую литографию и металлическое электроосаждение. Хотя этот метод предназначен для разработки устройств из 2D-наноматериалов, он также может быть применен к 1D-материалам. Не забывайте, что работа с ТМАЧ, раствором аммиака, ПММА и другими фоторезисторами может быть крайне опасной и при выполнении этой процедуры всегда следует надевать средства индивидуальной защиты.