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Engineering

Óhmico Contacto Fabricación Usando una técnica enfocada-ion Beam y Eléctrica Caracterización de Nanoestructuras capa semiconductora

Published: December 05, 2015
doi:
10.3791/53200
, , ,
1Graduate Institute of Applied Science and Technology,National Taiwan University of Science and Technology, 2Department of Electronic Engineering,National Taiwan University of Science and Technology

Summary

We describe the approaches for the device fabrication and electrical characterization of molybdenum diselenide (MoSe2) layer semiconductor nanostructures with different thicknesses. In addition, the fabrication of ohmic contacts for MoSe2-layer nanocrystals by the focused-ion beam deposition method using platinum (Pt) as a contact metal is described.

Abstract

Semiconductores de capa con estructuras bidimensionales (2D) fácilmente procesados ​​presentan transiciones de banda prohibida indirecta a directa y rendimiento del transistor superiores, lo que sugiere una nueva dirección para el desarrollo de ultrafina de última generación y dispositivos fotónicos y electrónicos flexibles. Aumento de la eficiencia cuántica luminiscencia ha sido ampliamente observada en estos cristales 2D atómicamente delgadas. Sin embargo, no se esperan efectos de dimensión más allá de espesores de confinamiento cuántico o incluso a escala micrométrica y rara vez se han observado. En este estudio, diseleniuro de molibdeno (Mose 2) Capa de cristales con un rango de espesor de 6-2,700 nm se fabrica como dos o cuatro dispositivos terminales. Formación de contacto óhmico se logró con éxito por el método de deposición haz enfocado de iones (FIB) con platino (Pt) como un metal de contacto. Cristales de capa con diferentes espesores se prepararon por simple exfoliación mecánica mediante el uso de cinta de cortar en cubitos. Curva MEDICIÓN actual tensiónts se realizaron para determinar el valor de conductividad de los nanocristales de capa. Además, microscopía electrónica de transmisión de alta resolución, difractometrıa electrones área seleccionada, y la espectroscopia de rayos X de dispersión de energía se utiliza para caracterizar la interfaz del contacto de metal-semiconductor de los Mose 2 dispositivos FIB-fabricados. Después de la aplicación de los enfoques, se observó la conductividad eléctrica dependiente de espesor sustancial en una amplia gama de espesores de capa para el semiconductor Mose 2. La conductividad aumentó en más de dos órdenes de magnitud de 4,6 a 1.500 Ω – 1 cm – 1, con una disminución en el espesor de 2,700 a 6 nm. Además, la conductividad dependiente de la temperatura indicó que las delgadas Mose 2 multicapas exhibieron considerablemente débil comportamiento semiconductor con energías de activación de 3/5 a 8/5 meV, que son considerablemente más pequeños que los (meV, 36-38) de la masa. ProbaSe proponen bles propiedades de transporte de superficie dominante y la presencia de una concentración de electrones de alta superficie de Mose 2. Resultados similares pueden obtenerse para otros materiales semiconductores, tales como capa de MoS2 y WS 2.

Introduction

Dicalcogenuros metal de transición (TMDS), como MoS2, Mose 2, WS 2 y WSE 2, tienen una interesante bidimensional (2D) estructura de capas y propiedades semiconductoras 1-3. Los científicos han descubierto recientemente que la estructura monocapa de MoS2 muestra una eficiencia de emisión de luz mejorado sustancialmente debido al efecto de confinamiento cuántico. El hallazgo del nuevo material semiconductor de banda prohibida directa ha atraído considerable atención 4-7. Además, la estructura de capas fácilmente despojado de TMDS es una plataforma excelente para el estudio de las propiedades fundamentales de los materiales 2D. A diferencia de grafeno metálico sin la banda prohibida, TMDS tener características semiconductoras inherentes y tienen un intervalo de banda en el rango de 1.2 eV 1,3,8. Las estructuras 2D de los compuestos ternarios de TMDS 9 y la posibilidad de la integración de estos compuestos con grafeno proporcionan una OPP sin precedentesortunity para desarrollar dispositivos ultrafinos y flexibles.

A diferencia de grafeno, los valores de movilidad temperatura ambiente electrónicas de TTM 2D están en un nivel moderado (1 a 200 cm 2 V – 1 seg – 1 de AdM 02 10 al 17, aproximadamente 50 cm 2 V – 1 seg – 1 para Mose 2 18 ). Los valores óptimos de movilidad de grafeno se han notificado a ser mayor que 10.000 cm 2 V – 1 seg -. 19 hasta 21 enero Sin embargo, las monocapas TMD semiconductores exhiben excelente rendimiento del dispositivo. Por ejemplo, las autopistas del mar 2 y Mose 2 monocapas o capas múltiples transistores de efecto de campo de exposiciones muy altas en los ratios / apagado, hasta 10 6 -10 9 10,12,17,18,22. Por lo tanto, es crucial para entender las propiedades eléctricas fundamentales del TTM y 2D elmateriales a granel IR.

Sin embargo, los estudios de las propiedades eléctricas de los materiales de las capas han sido parcialmente obstaculizada debido a la dificultad en la formación de un buen contacto óhmico sobre los cristales de la capa. Tres enfoques, la deposición de máscara de sombra (SMD) 23, la litografía por haz de electrones (EBL) 24,25, y de iones de centrado del haz (FIB) deposición, 26,27 se han utilizado para formar contactos eléctricos de los nanomateriales. Debido SMD típicamente implica el uso de una rejilla de cobre como la máscara, la separación entre dos electrodos de contacto es en su mayoría mayores de 10 micras. A diferencia de EBL y FIB deposición, deposición de metal de matrices de electrodos sobre un sustrato se realiza sin la orientación o la selección de los nanomateriales de interés en el método SMD. Este enfoque no puede garantizar que los patrones de metal se depositan correctamente en nanomateriales individuales como los electrodos. El resultado del método SMD tiene un elemento de azar. Los métodos de deposición EBL y FIB se utilizan en elmicroscopio electrónico de barrido del sistema (SEM); los nanomateriales pueden ser observadas y seleccionados para la deposición de electrodos directamente. Además, EBL puede ser utilizado para fabricar fácilmente los electrodos de metal con un ancho de línea y un electrodo de contacto espaciado menor que 100 nm. Sin embargo, el residual resistir en la superficie nanomaterial izquierda durante la litografía inevitablemente resulta en la formación de una capa aislante entre el electrodo metálico y el nanomaterial. Por lo tanto, EBL conduce a la resistencia de alto contacto.

La principal ventaja de la fabricación de electrodo a través de FIB deposición es que conduce a la baja resistencia de contacto. Debido a la deposición del metal se lleva a cabo por la descomposición de un precursor organometálico mediante el uso de un haz de iones en el área definida, la deposición de metal y el bombardeo de iones se producen simultáneamente. Esto podría destruir la interfase metal-semiconductor y prevenir la formación de contactos Schottky. Bombardeo de iones también puede eliminar contaminantes de la superficie tales como Hydrocarbons y óxidos nativos, lo que disminuye la resistencia de contacto. Fabricación contacto óhmico a través FIB deposición se ha demostrado para diferentes nanomateriales 27-29. Además, todo el procedimiento de fabricación en el enfoque de deposición FIB es más simple que la de EBL.

Como semiconductores de capa típicamente muestran la conducción eléctrica altamente anisotrópico, la conductividad en la dirección de capa a capa es varios órdenes de magnitud menor que en la dirección en el plano 30,31. Esta característica aumenta la dificultad de fabricación de contactos óhmicos y la determinación de la conductividad eléctrica. Por lo tanto, en este estudio, FIB deposición se utilizó para el estudio de las propiedades eléctricas de nanoestructuras de semiconductores capa.

Protocol

1. Caracterización estructural de Mose 2 Cristales Layer (Consulte el paso 1 en la Figura 1) DRX Procedimiento de medición Montar un cristal capa Mose 2 (con el intervalo de tamaño de 5 x 5 x 0,1 hasta 10 x 10 x 0,5 mm 3) o polvo de cristal (que se mezcló con polvo de cuarzo y aglutinante y se unta en el portaobjetos de vidrio) en el soporte. Presione el soporte por un portaobjetos de vidrio para asegurarse de cristal capa superficial paralela a la super…

Representative Results

Los valores determinados de la conductancia eléctrica (G) y la conductividad (σ) de los nanomateriales con diferentes espesores de capa son altamente dependientes de la calidad de los contactos eléctricos. Los contactos óhmicos de la Mose de dos terminales FIB-deposición-2 fabricado dispositivos se caracterizan por la medición de la corriente-voltaje (I – V) curva. La temperatura ambiente I – curvas V para la de dos terminales Mose 2 dispositivos n…

Discussion

La determinación precisa del valor σ y su dependencia dimensión en los nanocristales capa es altamente dependiente de la calidad de los contactos eléctricos. El método de depósito FIB utilizado para la deposición electrodo metálico jugó un papel crucial durante todo el estudio. Según eléctrica, estructural y análisis de la composición, la fabricación de contactos óhmicos estables y altamente reproducibles, utilizando el método de deposición FIB, en los Mose 2 o MoS2 dispositivos se v…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

RSC thanks the support of the National Science Council (NSC) of Taiwan under Project NSC 102-2112-M-011-001-MY3. YSH acknowledges the support of the NSC of Taiwan under Project NSC 100-2112-M-011-001-MY3.

Materials

HRTEM&SEAD FEI (http://www.fei.com/products/tem/tecnai-g2/?ind=MS) Tecnai™ G2 F-20
SEM&EDS HITACHI (http://www.hitachi-hitec.com/global/em/sem/sem_index.html) S-3000H
FIB FEI (http://www.fei.com/products/dualbeam/versa-3d/) Quanta 3D FEG
AFM BRUKER (http://www.bruker.com/products/surface-analysis/atomic-force-microscopy/dimension-icon/overview.html) Dimension Icon
XRD Bruker (https://www.bruker.com/products/x-ray-diffraction-and-elemental-analysis/x-ray-diffraction/d2-phaser/learn-more.html) D2 PHASER X-ray Diffractometer
Raman Renishaw (http://www.renishaw.com/en/renishaw-enhancing-efficiency-in-manufacturing-and-healthcare–1030) inVia Raman microscope system
Keithley-4200 keithley (http://www.keithley.com.tw/products/dcac/currentvoltage/4200scs) 4200scs
ultralow current leakage cryogenic probe station Lakeshore Cryotronics (http://www.lakeshore.com/) TTP4
copper foil tape 3M (http://solutions.3m.com/wps/portal/3M/en_US/Electronics_NA/Electronics/Products/Product_Catalog/~/3M-Copper-Foil-Shielding-Tape-1182?N=4294300025+5153906&&Nr=AND%28hrcy_id%3A8CQ27CX0WMgs_F2LMWMM6M6_N2RL3FHWVK_GPD0K8BC31gv%29&rt=d) 1182
Ag paste Well-Being (http://www.gredmann.com/about.htm) MS-5000
Cu wire Guv Team (http://www.guvteam.com) ICUD0D01N
dicing tape Nexteck (http://www.nexteck-corp.com/tw/product-tape.html) contact vender
mica Centenary Electronic (http://100y.diytrade.com/sdp/307600/4/pl-1175840/0.html) T0-200
enamel wire Light-Tech Electronics (http://www.ltc.com.tw/product_info.php/products_id/57631) S.W.G #38
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Chen, R., Tang, C., Shen, W., Huang, Y. Ohmic Contact Fabrication Using a Focused-ion Beam Technique and Electrical Characterization for Layer Semiconductor Nanostructures. J. Vis. Exp. (106), e53200, doi:10.3791/53200 (2015).
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