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Engineering

Ohmic संपर्क निर्माण एक केंद्रित आयन बीम तकनीक और बिजली के लक्षण वर्णन लेयर सेमीकंडक्टर Nanostructures के लिए उपयोग करना

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

आसानी से संसाधित दो आयामी (2 डी) संरचनाओं के साथ परत अर्धचालकों अगली पीढ़ी Ultrathin और लचीला फोटोनिक और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास के लिए एक नई दिशा सुझाव है जो अप्रत्यक्ष रूप से करने के लिए प्रत्यक्ष bandgap के संक्रमण और बेहतर ट्रांजिस्टर प्रदर्शन, दिखा रहे हैं। बढ़ी चमक क्वांटम दक्षता व्यापक रूप से इन atomically पतली 2 डी क्रिस्टल में देखा गया है। हालांकि, क्वांटम कारावास मोटाई परे या यहां तक ​​कि माइक्रोमीटर पैमाने पर आयाम प्रभाव की उम्मीद नहीं कर रहे हैं और शायद ही कभी देखा गया है। इस अध्ययन में, मोलिब्डेनम diselenide (मोसे 2) दो या चार टर्मिनल उपकरणों के रूप में गढ़े गए थे एनएम 6-2,700 की मोटाई रेंज के साथ क्रिस्टल परत। Ohmic संपर्क गठन सफलतापूर्वक एक संपर्क धातु के रूप में प्लैटिनम (पं) का उपयोग ध्यान केंद्रित आयन बीम (मिथ्या) बयान विधि द्वारा प्राप्त किया गया था। विभिन्न मोटाई के साथ परत क्रिस्टल dicing टेप का उपयोग करके सरल यांत्रिक छूटना के माध्यम से तैयार किए गए थे। वर्तमान वोल्टेज वक्र measuremenटीएस परत nanocrystals के चालकता मूल्य निर्धारित करने के लिए प्रदर्शन किया गया। इसके अलावा, उच्च संकल्प संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, चयनित क्षेत्र इलेक्ट्रॉन diffractometry, और ऊर्जा फैलानेवाला एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी मिथ्या गढ़े मोसे 2 उपकरणों की धातु, अर्धचालक संपर्क के इंटरफेस को चिह्नित करने के लिए इस्तेमाल किया गया। दृष्टिकोण को लागू करने के बाद, मोसे 2 परत अर्धचालक के लिए एक विस्तृत मोटाई रेंज में पर्याप्त मोटाई पर निर्भर विद्युत चालकता मनाया गया। 2700 से 6 एनएम मोटाई में कमी के साथ, 1 – 1 सेमी – चालकता 1,500 Ω करने के लिए 4.6 से परिमाण के दो से अधिक आदेश की वृद्धि हुई। इसके अलावा, तापमान पर निर्भर चालकता पतली मोसे 2 multilayers थोक के उन (36-38 एमईवी) की तुलना में काफी छोटे होते हैं जो 3.5-8.5 एमईवी के सक्रियण ऊर्जा, साथ में काफी कमजोर semiconducting के व्यवहार का प्रदर्शन किया है कि संकेत दिया। Probable सतह प्रमुख परिवहन गुण और मोसे 2 में एक उच्च सतह इलेक्ट्रॉन एकाग्रता की उपस्थिति का प्रस्ताव है। इसी तरह के परिणाम इस तरह के राज्यमंत्री 2 और था के रूप में 2 अन्य परत अर्धचालक सामग्री के लिए प्राप्त किया जा सकता है।

Introduction

ऐसे राज्यमंत्री 2, मोसे 2, था 2, और WSE 2 के रूप में संक्रमण धातु dichalcogenides (TMDS), एक दिलचस्प दो आयामी (2 डी) परत संरचना और semiconducting गुण 1-3 है। वैज्ञानिकों ने हाल ही में राज्य मंत्री 2 की monolayer संरचना क्योंकि क्वांटम कारावास प्रभाव का एक काफी हद तक बढ़ाया प्रकाश उत्सर्जक दक्षता से पता चलता है कि खोज की है। नए प्रत्यक्ष bandgap अर्धचालक पदार्थ की खोज पर्याप्त ध्यान 4-7 आकर्षित किया है। इसके अलावा, TMDS का आसानी से छीन परत संरचना 2 डी सामग्री के मौलिक गुणों के अध्ययन के लिए एक बेहतरीन मंच है। Bandgap के बिना धातु graphene के विपरीत, TMDS निहित semiconducting के लक्षण हैं और 1-2 eV 1,3,8 की रेंज में एक bandgap है। TMDS 9 का त्रिगुट यौगिकों और ग्राफीन के साथ इन यौगिकों के एकीकरण की संभावना के 2 डी संरचनाओं एक अभूतपूर्व OPP प्रदानortunity Ultrathin और लचीला इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को विकसित करने के लिए।

मोसे 2 18 1 – लगभग 50 सेमी 2 वी – 1 सेकंड; – 1 सेकंड – 1 राज्यमंत्री 10-17 फ़रवरी के लिए graphene के विपरीत, 2 डी TMDS के कमरे के तापमान इलेक्ट्रॉन गतिशीलता मूल्यों एक मध्यम स्तर (1-200 2 सेमी वी पर हैं )। 1 सेकंड – -। एक 19-21 फिर भी, semiconducting TMD monolayers उत्कृष्ट डिवाइस प्रदर्शन दिखा रहे ग्राफीन की इष्टतम गतिशीलता मूल्यों उच्च 10,000 सेमी 2 वी की तुलना में होने की सूचना दी गई है। उदाहरण के लिए, 10 6 -10 9 10,12,17,18,22 अप करने के लिए / बंद अनुपात पर अत्यंत उच्च राज्यमंत्री 2 और मोसे 2 monolayers या बहुपरत क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर प्रदर्शनी। इसलिए, यह 2 डी TMDS और के मौलिक बिजली के गुणों को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैआईआर थोक माल।

हालांकि, परत सामग्री के बिजली के गुणों के अध्ययन के लिए आंशिक रूप क्योंकि परत क्रिस्टल पर अच्छा ओमिक संपर्क बनाने में कठिनाई की बाधा उत्पन्न कर दिया है। तीन दृष्टिकोण, छाया मुखौटा बयान (एसएमडी) 23, इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी (EBL) 24,25, और ध्यान केंद्रित आयन बीम (मिथ्या) बयान, 26,27 nanomaterials पर बिजली के संपर्क फार्म का उपयोग किया गया है। एसएमडी आम तौर पर मुखौटा के रूप में एक तांबे ग्रिड का इस्तेमाल शामिल है, क्योंकि दो संपर्क इलेक्ट्रोड के बीच रिक्ति 10 माइक्रोन से ज्यादातर बड़ा है। EBL और मिथ्या बयान के विपरीत, एक सब्सट्रेट पर इलेक्ट्रोड सरणियों की धातु बयान को निशाना बनाने या एसएमडी विधि में ब्याज की nanomaterials के चयन किए बिना किया जाता है। यह दृष्टिकोण धातु पैटर्न सही ढंग से इलेक्ट्रोड के रूप में अलग-अलग nanomaterials पर जमा कर रहे हैं गारंटी नहीं दे सकते। एसएमडी विधि का परिणाम मौका का एक तत्व है। EBL और मिथ्या तरीकों बयान में इस्तेमाल कर रहे हैंस्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) प्रणाली; nanomaterials के सीधे मनाया और इलेक्ट्रोड बयान के लिए चुना जा सकता है। इसके अलावा, EBL आसानी से एक लाइन की चौड़ाई और छोटे से 100 एनएम रिक्ति संपर्क इलेक्ट्रोड के साथ धातु इलेक्ट्रोड निर्माण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। हालांकि, अवशिष्ट लिथोग्राफी अनिवार्य रूप से धातु इलेक्ट्रोड और nanomaterial के बीच एक इन्सुलेट परत के गठन में परिणाम के दौरान छोड़ दिया nanomaterial सतह पर विरोध। इस प्रकार, EBL उच्च संपर्क प्रतिरोध की ओर जाता है।

मिथ्या बयान के माध्यम से इलेक्ट्रोड निर्माण का मुख्य लाभ यह है कि यह कम संपर्क प्रतिरोध की ओर जाता है। धातु बयान परिभाषित क्षेत्र में एक आयन बीम का उपयोग करके एक organometallic अग्रदूत के अपघटन द्वारा किया जाता है, क्योंकि धातु बयान और आयन बमबारी एक साथ होते हैं। यह धातु, अर्धचालक इंटरफेस को नष्ट करने और Schottky संपर्क के गठन को रोकने सकता है। आयन बमबारी भी इस तरह के hydrocar के रूप में सतह दूषित पदार्थों को खत्म कर सकते हैंसंपर्क प्रतिरोध कम हो जाती है, जो Bons और देशी आक्साइड,। मिथ्या बयान के माध्यम से ohmic संपर्क निर्माण अलग nanomaterials के 27-29 के लिए प्रदर्शन किया गया है। इसके अलावा, मिथ्या बयान दृष्टिकोण में पूरे निर्माण प्रक्रिया EBL में है कि तुलना में आसान है।

परत अर्धचालकों आम तौर पर अत्यधिक अनिसोट्रोपिक विद्युत चालन दिखाने के रूप में, परत-से-परत दिशा में चालकता में विमान दिशा 30,31 में है कि अधिक से परिमाण के कई आदेशों में कम है। यह विशेषता ohmic संपर्कों fabricating और विद्युत चालकता का निर्धारण करने की कठिनाई बढ़ जाती है। इसलिए, इस अध्ययन में, मिथ्या बयान परत अर्धचालक nanostructures की बिजली के गुणों का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया गया था।

Protocol

मोसे 2 परत कण (चित्रा 1 में चरण 1 देखें) 1. संरचनात्मक लक्षण वर्णन XRD माप प्रक्रिया या धारक पर (क्वार्ट्ज पाउडर और बांधने की मशीन के साथ मिलाया गया था और स्लाइड कांच पर लिप्त था) क्रिस्टल पाउडर (5 एक?…

Representative Results

अलग मोटाई के साथ परत nanomaterials की विद्युत चालकता (जी) और चालकता (σ) के निर्धारित मूल्यों बिजली के संपर्क की गुणवत्ता पर अत्यधिक निर्भर हैं। मिथ्या-जमाव गढ़े दो टर्मिनल मोसे की ohmic संपर्कों 2 उपकरणों …

Discussion

σ मूल्य और परत nanocrystals में अपने आयाम निर्भरता का सही निर्धारण बिजली के संपर्क की गुणवत्ता पर निर्भर है। धातु इलेक्ट्रोड बयान के लिए इस्तेमाल किया मिथ्या बयान विधि अध्ययन के दौरान एक महत्वपूर्ण भूमिक?…

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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Ohmic ContactFocused-ion BeamLayer SemiconductorMoSe2Electrical CharacterizationThickness-dependent ConductivitySurface-dominant TransportTwo-dimensional Materials

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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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