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.
Lager halvledare med lätt bearbetade tvådimensionella (2D) strukturer uppvisar indirekta till direkta bandgap övergångar och överlägsen transistor prestanda, vilket tyder på en ny riktning för utvecklingen av nästa generations ultratunna och flexibla fotoniska och elektroniska apparater. Förbättrad luminiscens DQE har i stor utsträckning observerats i dessa Atomically tunna 2D kristaller. Men dimensions effekter utöver kvantinneslutningstjocklekar eller ens på mikrometerskala förväntas inte och har sällan setts. I denna studie, molybden diselenid (Mosè 2) skikt kristaller med en tjockleksområdet 6-2,700 nm tillverkades som två- eller fyra-terminalanordningar. Ohmsk kontakt bildning uppnåddes framgångsrikt genom den fokuserade-jonstrålar (FIB) deponeringsmetod med platina (Pt) som en metallkontakt. Lager kristaller med olika tjocklekar framställdes genom enkel mekanisk peeling med hjälp tärning tejp. Ström-spänningskurvan measurements utfördes för att bestämma konduktivitetsvärdet hos skiktet nanokristaller. Dessutom högupplösande transmissionselektronmikroskopi selekterades-område elektron metri, och energi-dispersiv röntgenspektroskopi används för att karakterisera gränsytan mellan metall-halvledarkontakt av FIB-fabricerade Mosè 2 enheter. Efter det att de metoder, var den stora tjockleken beroende elektrisk ledningsförmåga i ett brett tjockleksområde för Mose 2 skiktet halvledare observerats. Ledningsförmågan har ökat med mer än två storleksordningar från 4,6 till 1.500 Ω – 1 cm – 1, med en minskning av tjockleken från 2700 till 6 nm. Dessutom är temperaturberoende ledningsförmåga indikerade att de tunna mose 2 multilager uppvisade avsevärt svag halvledande beteende med aktiveringsenergier av 3,5-8,5 meV, som är betydligt mindre än de (36-38 meV) av bulk. Probayt-dominanta egenskaper ble transport- och närvaron av en hög yta elektronkoncentrationen i Mosè 2 föreslås. Liknande resultat kan erhållas för andra skikt halvledarmaterial såsom MoS 2 och WS 2.
Övergångsmetall dichalcogenides (TMDS), såsom MoS 2, Mosè 2, WS 2 och WSE 2, har en intressant två-dimensionell (2D) skiktstruktur och halvledande egenskaper 1-3. Forskare har nyligen upptäckt att monoskiktet struktur MoS 2 visar en väsentligen förbättrad Ijusemitterande effektivitet på grund av kvantinneslutning effekten. Upptäckten av det nya direkt bandgap halvledarmaterial har rönt stor uppmärksamhet 4-7. Dessutom är det lätt avskalade skiktstrukturen av TMDS en utmärkt plattform för att studera de grundläggande egenskaperna hos 2D material. Till skillnad från metalliska grafen utan bandgap, TMDS har inneboende halvledande egenskaper och har ett bandgap i området av 1-2 eV 1,3,8. 2D strukturer av ternära föreningarna enligt TMDS 9 och möjligheten att integrera dessa föreningar med grafen ger en aldrig tidigare skådad opplighet att utveckla ultratunna och flexibla elektroniska apparater.
Till skillnad från grafen, de rumstemperatur elektronrörlighet värden för 2D TMDS är på en måttlig nivå (1-200 cm 2 V – 1 sekund – 1 för MoS 10-17 Februari, cirka 50 cm 2 V – 1 sekund – en för Mose 2 18 ). De optimala rörlighet värden grafen har rapporterats vara högre än 10.000 cm 2 V – 1 sekund -. 19-21 januari Ändå halvledande TMD monoskikt uppvisar utmärkt enhet prestanda. Till exempel, MOS 2 och Mose 2 monoskikt eller flerskiktsfälteffekttransistorer uppvisar extremt höga on / off förhållanden, upp till 10 6 -10 9 10,12,17,18,22. Därför är det viktigt att förstå de grundläggande elektriska egenskaperna hos 2D TMDS ochir bulkmaterial.
Emellertid studier av de elektriska egenskaperna hos skiktmaterialen har delvis hindras på grund av svårigheten i att bilda god ohmsk kontakt på skiktet kristaller. Tre metoder, skugga mask nedfall (SMD) 23, elektronstrålelitografi (EBL) 24,25 och fokuserad-jonstråle (FIB) nedfall, 26,27 har använts för att bilda elektriska kontakterna på nanomaterial. Eftersom SMD involverar typiskt användningen av en koppargaller som mask, är avståndet mellan två kontaktelektroder mestadels större än 10 | im. Till skillnad från EBL och FIB nedfall, metallbeläggning av elektroduppsättningar på ett substrat utförs utan inriktning eller välja nanomaterial av intresse i SMD-metoden. Detta tillvägagångssätt kan inte garantera att metallmönster är korrekt deponeras på enskilda nanomaterial som elektroderna. Resultatet av SMD-metoden har ett element av slump. EBL och FIB deponeringsmetoder används isvepelektronmikroskop (SEM) -systemet; nanomaterial kan observeras direkt och ut för elektrodavsättning. Dessutom kan EBL användas för att enkelt tillverka metallelektroder med en linjebredd och en kontaktelektrod avstånd mindre än 100 nm. Emellertid rest resist på nanomaterialet ytan kvar under litografi leder oundvikligen till bildning av ett isolerande skikt mellan metallelektroden och nanomaterialet. Således leder EBL till högt kontaktmotstånd.
Den största fördelen med elektrodtillverkning genom FIB nedfall är att det leder till lågt kontaktmotstånd. Eftersom metalldeponering utförs genom sönderdelning av en organometallisk prekursor genom användning av en jonstråle på det definierade området, metalldeponering och jonbombardemang sker samtidigt. Detta skulle kunna förstöra metallhalvledargränssnitt och förhindra bildning av Schottky-kontakt. Jonbombardemang kan också eliminera ytföroreningar såsom Hydrocarbons och nativa oxider, vilket minskar kontaktmotståndet. Ohmsk kontakt tillverkning genom FIB nedfallet har visats för olika nanomaterial 27-29. Dessutom är hela tillverkningsprocedur i FIB avsättnings tillvägagångssätt enklare än den i EBL.
Som skikt halvledare visar vanligtvis starkt anisotrop elektrisk ledning, är konduktiviteten i skiktet till skikt riktningen flera storleksordningar lägre än den i den i planet riktning 30,31. Denna egenskap ökar svårigheten att fabricera ohmska kontakter och att bestämma den elektriska ledningsförmågan. Därför, i denna studie FIB avsättning användes för att studera de elektriska egenskaperna hos skikt halvledarnanostrukturer.
Den noggranna bestämningen av σ värdet och dess dimension beroende i skiktnanokristaller är mycket beroende av kvaliteten på de elektriska kontakterna. FIB nedfall metod som används för metallelektrod nedfall spelat en avgörande roll under hela studien. Enligt elektriska, strukturella, och sammansättningsanalyser, tillverkning av stabila och höggradigt reproducerbara ohmska kontakter, med användning av FIB-avsättningsförfarande, i Mosè 2 eller MoS2-enheter underlättades genom bildandet…
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |