Summary
문서 미래의 낮은 차원 일렉트로닉스의 개발에 대 한 표준 및 신뢰할 수 있는 제조 절차를 소개 하는 것을 목표로.
Abstract
2 차원 (2D) 자료는 그들의 독특한 속성 및 잠재적인 응용 프로그램으로 인해 큰 관심을 받고 있다. 웨이퍼 스케일 합성 2D 자료의 초기 단계에 아직도 이기 때문에, 과학자 들은 완전히 관련된 연구에 대 한 전통적인 반도체 기술에 의존 수 없습니다. 전극 정의에 자료를 찾는에서 섬세 한 프로세스를 잘 제어 해야 합니다. 이 문서에서는, 범용 제조 프로토콜 트랜지스터 (HBT Q), 그리고 2D 다시 문이 트랜지스터 설명 나노 전자, 2D 준-heterojunction 바이 폴라 등 제조에 필요 합니다. 이 프로토콜 포함 소재 위치, 전자 빔 리소 그래피 (EBL), 금속 전극 정의의 외. 이 소자는 제조 절차의 단계 이야기 또한 제공 됩니다. 또한, 결과 각각의 조작된 장치 높은 반복성으로 고성능을 달성 했다 보여. 이 작품 보여 2D 나노-전자를 준비 하기 위한 프로세스 흐름의 포괄적인 설명, 연구 그룹을이 정보에 액세스 하 고 미래 전자 쪽으로 길을 있습니다.
Introduction
이후 수십 년 동안, 과거 인류는 발생 되었습니다 빠른 트랜지스터 그리고, 따라서, 트랜지스터 집적 회로 (Ic)에서 수에 있는 지 수 증가의 크기에 실험실. 이 실리콘 기반 보완 금속 산화물 반도체 (CMOS) 기술1의 지속적인 발전을 유지합니다. 또한, 크기와 조작 장치의 성능을이 현재의 추세는 여전히-트랙에는 그들의 성능 뿐 아니라 전자 칩에 트랜지스터의 수가 약 매 2 년 마다2배로 무어의 법칙으로. CMOS 트랜지스터는 대부분, 만약 함으로써 인간 생활의 중요 한 부분이 시장에서 사용할 수 있는 전자 장치,의 존재 한다. 이 때문에, 무어의 법칙 트랙을 따라 계속 제조 업체 밀어 왔다 칩 크기와 성능 개선에 대 한 지속적인 요구 있다.
불행 하 게도, 무어의 법칙은 열 발생으로 더 많은 실리콘 회로 작은 지역2에 압착의 금액으로 인해 끝 자 락 수 나타납니다. 이 같은 제공할 수 있는 물자의 새로운 종류에 대 한 호출 아니라면 더 나은 성능 실리콘으로 하 고, 같은 시간에 상대적으로 작은 규모에 구현할 수 있다. 최근, 새로운 유망 재료는 많은 재료 과학 연구의 주제 되었습니다. 1 차원 (1d) 탄소 나노튜브3,,45,6,7, 2D 그래8,,910, 같은 물자 11 , 12및 전이 금속 dichalcogenides (TMDs)13,14,15,,1617,18는으로 사용 될 수 있는 좋은 후보 실리콘 기반의 CMOS에 대 한 대체 하 고 무어의 법칙 트랙을 계속 합니다.
소규모 장치 제조 리소 그래피와 금속 전극 정의 등 다른 제조 기술에 성공적으로 진행 하는 자료의 위치의 주의 결정을 필요 합니다. 그래서,이 문서에 소개 된 메서드는이 필요를 해결 하기 위해 설계 되었다. 전통적인 반도체 제조 기법19에 비해는이 문서에 소개 된 방식은 재단사-재료의 위치를 찾는 측면에서 더 많은 관심을 필요로 하는 소규모 장치 개발에 적합 합니다. 이 방법의 목표는 안정적으로 2D 다시 문이 트랜지스터 등 Q-HBTs, 표준 제조 프로세스를 사용 하 여 2D 접한 장치를 조작 하는. 그것은 미래의 첨단된 나노 스케일 디바이스의 생산을 향해 길을 불법 체류자로이 미래 nanodevice 개발을 위한 플랫폼으로 사용할 수 있습니다.
절차 섹션에서 2D 자료 기반 장치 즉, Q-HBT 및 2D 다시 문이 트랜지스터 제조 프로세스는 자세히 설명 되어 있습니다. 전자 빔 패터 닝 소재 위치 결정 결합 및 금속 전극 정의 프로토콜을 구성 하는 그들은 모두 언급 한 프로세스에 필요한 이후. 제 1 부 Q HBTs20;의 단계별 제작 과정을 설명 합니다. 그리고 2 부를 화학 기상 증 착 (CVD) 이황화 몰 리브 덴 (MoS2) 다시 문이 트랜지스터 전송에서 이륙21, 완전히 문서에 표시 되었습니다 보편적인 방법을 보여 줍니다. 자세한 프로세스 흐름은 (그림 1)에 나와 있습니다.
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Protocol
1. 2D 준 heterojunction 트랜지스터 제조 공정
- 상업적인 c-면 사파이어를 준비 합니다.
- 모든 단일 측면 세련 된 사파이어 (2 인치) 아세톤으로 세척.
- 사파이어 기판을 이소프로필 알코올로 헹 구 십시오.
- MoS2 핫 벽 용광로에서 증 착을 사용 하 여 사파이어 기판에 성장.
- 장소는 석 영 보트에 몰 리브 덴 삼산화 (무3) 가루 0.6 g 난방에 있는 용광로의 지역 센터. 넣어 사파이어 기판 하류 옆에 무3 분말을 포함 하는 석 영 보트.
- 용광로의 업스트림 측에 별도 석 영 보트에 유황 (S) 가루를 준비 합니다. 반응 동안에 190 ° C의 온도 유지 합니다.
- 아르곤을 사용 하 여 (Ar = 70 sccm, 40 Torr) 가스 흐름을 750 ° c 센터 영역을가 열 하는 동안 사파이어 기판에 S 및 무3 증기를가지고
- 15 분 동안 750 ° C의 원하는 성장 온도 도달 후 난방 영역을 유지 하 고 자연스럽 게 실내 온도에 진정.
- EBL 수행 합니다.
참고: 얇은 Au 약 5 nm 사파이어 기판에 모든 EBL 프로세스 동안 방전에 대 한 스퍼터 링에 의해 예금 되었다- 식별, 광학 현미경, MoS2 단층 조각 관찰 하는 영역을 사용 하 여 다음 디자인 소프트웨어 (AutoCAD)를 사용 하 여 그 특정 지역에 대 한 스트라이프 패턴 레이아웃을 디자인 합니다.
- 스핀 코트 감광 제 (PR), 예를 들면 polymethyl 메타 크리 레이트 (PMMA) 또는 60 2000 rpm에서 샘플 위에 P015 s (실내 온도). 홍보 스핀 코팅 후 전체 샘플 덮여 있다 확인 하십시오.
- (소프트 빵) 샘플 90 100 ° C에서 열 홍보에 용 매를 증발 하 고 접착을 향상 시킬 s.
- 특정 파일 패턴 레이아웃 단계 1.3.1에서에서 변환 (예: GDS 파일), EBL 소프트웨어에 그것을 업로드 하 고.
- 레이아웃에 라인의 너비에 따라 전자 빔의 이상적인 복용량을 결정 합니다.
참고: 선 두께 1 μ m 보다 좁은 전자 빔의 이상적인 복용량은 110 µ C/cm2; 1 ~ 5 µ m 선 두께 대 한 복용량은 100 µ C/cm2; 그리고 선 두께 5 µ m 보다 더 넓은, 복용량 80 µ C/c m2이다. - 전자 빔에 샘플을 제공 시작 합니다.
- 서 파 효과 줄이기 위해 노출 후 샘플에 사후 노출 빵 (PEB) 적용 됩니다. 90에 대 한 120 ° C에서 샘플을 열 s.
- 개발자로 하거나 수산화 (TMAH) 2.38%를 사용 합니다. 샘플 10 이온 물 200 mL와 함께 TMAH 밖으로 80 미 세척을 위한 TMAH 담가 s.
- 패턴은 광학 현미경에 의해 잘 발달 하는 경우를 검사 합니다.
- 하드 빵 홍보 열 90 110 ° C에서 샘플에서에서 여분의 물을 제거를 실시 s.
- 30 50 W 산소 (O2) 플라즈마 에칭 (1세인트 에칭)를 사용 하 여 스트라이프 구조체 정의 2 분을 제거 홍보 아세톤 50 mL를 사용 하 여 s.
- 텅스텐 diselenide (WSe2) 증 착을 사용 하 여 WSe 사파이어 기판에 이미 기존 MoS2 줄무늬 사이2 층의 선호 증가 귀 착될 것 이다 대상 위치에 성장.
- 장소는 석 영 보트에 텅스텐 삼산화 (WO3) 가루 0.6 g 난방에 있는 용광로의 지역 센터. 넣어 사파이어 기판 하류 옆에 WO3 분말을 포함 하는 석 영 보트.
- 용광로의 업스트림 측에 별도 석 영 보트에 셀레늄 (Se) 가루를 준비 합니다. 반응 동안에 260 ° C의 온도 유지 합니다.
- Ar/H2 를 사용 하 여 (Ar = 90 sccm, H2 = 6 sccm, 20 Torr) 가스 흐름을 925 ° c 센터 영역을가 열 하는 동안 사파이어 기판에 Se 그리고3 증기를가지고
- 925 ° C, 15 분의 원하는 성장 온도 도달 후 난방 영역을 유지 하 고 자연스럽 게 실내 온도에 진정.
- 금속 패드 배열 및 맞춤 표시를 조작.
- 오버레이 패턴 금속 패드 배열 및 맞춤의 포토 리소 그래피 패터 닝 기법을 사용 하 여 표시 합니다.
- 보증금 20 nm/60 nm Ti/Au 전자 총 증발 기를 사용 하 여.
참고: 골드 금속 패드의 산화를 방지 하는 데 사용 됩니다. - 준비 하 고 홍보를 해산 하 고 수행 하는 이륙에 아세톤 100ml를 샘플 잠수함. 동요 하 고 금속 패드 명백한 될 때까지 광학 현미경을 통해 전체 프로세스를 모니터링 하는 동안 아세톤을 날 려.
- MoS2-WSe2 heterojunction 상단 리본 모양 패턴 오버레이를 다른 EBL 프로세스를 수행 합니다.
- MoS2-WSe2 heterojunction에서 대상 위치와 광학 현미경을 사용 하 여 정렬 표시 좌표 변위를 측정 하 고 (AutoCAD) 소프트웨어를 사용 하 여 이러한 측정에 따라 리본 모양 레이아웃 디자인.
- 예: PMMA 또는 P015, 60에 대 한 2000 rpm에서 샘플 위에 스핀 코트 홍보, s (실내 온도). 홍보 스핀 코팅 후 전체 샘플 덮여 있다 확인 하십시오.
- (소프트 빵) 샘플 90 100 ° C에서 열 홍보에 용 매를 증발 하 고 접착을 향상 시킬 s.
- 특정 파일 패턴 레이아웃 단계 1.7.1에서에서 변환 (예: GDS 파일), EBL 소프트웨어에 그것을 업로드 하 고.
- 레이아웃에 라인의 너비에 따라 전자 빔의 이상적인 복용량을 결정 합니다.
참고: 선 두께 1 μ m 보다 좁은 전자 빔의 이상적인 복용량은 110 µ C/cm2; 1 ~ 5 µ m 선 두께 대 한 복용량은 100 µ C/cm2; 그리고 선 두께 5 µ m 보다 더 넓은, 복용량 80 µ C/c m2이다. - 사파이어 기판에서의 정렬 표시 위치 레이아웃에서 그것의 통신 일치 되도록 EBL 기계를 설정 합니다.
- 전자 빔에 샘플을 제공 시작 합니다.
- 서 파 효과 줄이기 위해 노출 후 샘플 PEB 적용 됩니다. 90에 대 한 120 ° C에서 샘플을 열 s.
- 개발자로 2.38 %TMAH 사용 합니다. 샘플 10 200ml 이온된 물으로는 TMAH 밖으로 80 미 세척을 위한 TMAH 담가 s.
- 패턴은 광학 현미경에 의해 잘 발달 하는 경우를 검사 합니다.
- 하드 빵 홍보 열 90 110 ° C에서 샘플에서에서 여분의 물을 제거를 실시 s.
- 리본 모양의 측면 heterojunction 정의를 O2 플라즈마 에칭 (2nd 에칭)를 사용 하 고 홍보 아세톤으로 제거.
- Ti/Au 금속 전극의 패턴 오버레이 EBL 프로세스를 수행 합니다.
- MoS2-WSe2 heterojunction에서 대상 위치와 광학 현미경을 사용 하 여 정렬 표시 좌표 변위를 측정 하 고 (AutoCAD) 소프트웨어를 사용 하 여 이러한 측정에 따라 금속 전극 레이아웃 디자인.
- 예: PMMA 또는 P015, 60에 대 한 2000 rpm에서 샘플 위에 스핀 코트 홍보, s (실내 온도). 홍보 스핀 코팅 후 전체 샘플 덮여 있다 확인 하십시오.
- (소프트 빵) 샘플 90 100 ° C에서 열 홍보에 용 매를 증발 하 고 접착을 향상 시킬 s.
- 특정 파일 패턴 레이아웃 단계 1.9.1에서에서 변환 (예: GDS 파일), EBL 소프트웨어에 그것을 업로드 하 고.
- 레이아웃에 금속 라인의 너비에 따라 전자 빔의 이상적인 복용량을 결정 합니다.
참고: 1 µ m 보다 더 좁은 금속 선 두께 대 한 이상적인 전자 빔 복용량은 110 µ C/cm2; 1 ~ 5 µ m 선 두께 대 한 복용량은 100 µ C/cm2; 그리고 선 두께 5 µ m 보다 더 넓은, 복용량 80 µ C/c m2이다. - 사파이어 기판에 정렬 표시의 위치 레이아웃에서 그것의 통신 일치 되도록 EBL 기계를 설정 합니다.
- 전자 빔에 샘플을 제공 시작 합니다.
- 서 파 효과 줄이기 위해 노출 후 샘플 PEB 적용 됩니다. 90에 대 한 120 ° C에서 샘플을 열 s.
- 개발자로 2.38 %TMAH 사용 합니다. 샘플 10 200ml 이온된 물으로는 TMAH 밖으로 80 미 세척을 위한 TMAH 담가 s.
- 패턴은 광학 현미경에 의해 잘 발달 하는 경우를 검사 합니다.
- 하드 빵 홍보 열 90 110 ° C에서 샘플에서에서 여분의 물을 제거를 실시 s.
- Ti/Au 금속 증 착 및 이륙 수행
- 100의 간격을 가진 전자 총 증발 기를 사용 하 여 Ti/Au 금속 입금 nm, 그렇지 않으면, 그것은 이륙 하 여 홍보 및 원치 않는 금속 제거 어려울 것 이다.
- 준비 하 고 홍보를 해산 하 고 수행 하는 이륙에 아세톤 100ml를 샘플 잠수함. 동요 하 고 금속 라인과 왼쪽 패드까지 광학 현미경을 통해 전체 프로세스를 모니터링 하는 동안 아세톤을 날 려.
- 1.9 단계에서 EBL 프로세스를 수행 하지만 Ti/Au 대신 Pd/Au 금속 전극의 패턴 오버레이.
- 1.10 단계에서 금속 증 착 및 이륙 과정을 수행 하지만 Pd/Au Ti/Au 대신 입금.
2. 2D 다시 문이 트랜지스터 제조 공정
- 맞춤 표시와 Si/SiO2 기판 다시 문이 준비.
- 수 제 또는 상업 SiO2/Si 기판 준비.
- 사진 평판 또는 EBL 패터 닝 기술을 사용 하 여 정렬 마크를 정의.
- 대상 영역의 총 깊이 1000 nm에 도달할 때까지 SiO2/Si 기판에 반응성 이온 에칭 (RIE)를 수행 하 고 O2 플라즈마 형성된 정렬 마크를 공개 하 여 홍보 제거.
- 포토 리소 그래피 패터 닝 기법을 사용 하 여 금속 패드 배열 패턴 오버레이.
- 보증금 20 nm/60 nm Ti/Au 전자 총 증발 기를 사용 하 여.
참고: 골드 금속 패드의 산화를 방지 하는 데 사용 됩니다. - 준비 하 고 홍보를 해산 하 고 수행 하는 이륙에 아세톤 100ml를 샘플 잠수함. 동요 하 고 금속 패드 명백한 될 때까지 광학 현미경에 의해 모든 과정을 모니터링 하는 동안 아세톤을 날 려.
- 뜨거운 벽으로 있는 사파이어 기판에 증 착의 MoS2 를 수행 합니다.
- 장소 석 영 보트에 무3 가루 0.6 g 난방에 있는 용광로의 지역 센터. 넣어 사파이어 기판 하류 옆에 무3 분말을 포함 하는 석 영 보트.
- 용광로의 업스트림 측에 별도 석 영 보트에 S 가루를 준비 합니다. 반응 동안에 190 ° C의 온도 유지 합니다.
- 아르곤을 사용 하 여 (Ar = 70 sccm, 40 Torr) 가스 흐름을 750 ° c 센터 영역을가 열 하는 동안 사파이어 기판에 S 및 무3 증기를가지고
- 15 분 동안 750 ° C의 원하는 성장 온도 도달 후 난방 영역을 유지 하 고 자연스럽 게 실내 온도에 진정.
- 다시 문이 SiO2/Si 기판에 사파이어에서 MoS2 를 전송.
- 30에 대 한 3500 rpm의 회전 속도와 스핀 코트 PMMA MoS2 필름 위에 s.
- MoS2/sapphire 구워 아크릴 코팅 강화 3 분 동안 120 ° C에서 샘플.
- 사파이어 기판에서 MoS2 필름을 2 시간 30 분 약 암모니아 솔루션 (14.5%)의 50 mL에 MoS2/Sapphire 샘플을 찍어.
- 영화를 선택 하 고 SiO2/Si 기판에 전송.
- MoS2 및 SiO2 레이어 간의 접착 력을 향상 시키기 위해 MoS2/SiO2/Si 샘플을 구워. 1 시간에 약 30 분 동안 120 ° C에서 샘플을 열.
- PMMA의 아세톤 2 시간 30 분 약 30 mL와 함께 그것을 세척 하 여 제거 합니다.
- 이소프로필 알콜으로 샘플을 린스 하 고 질소를 사용 하 여 건조 날 려.
- EBL 수행 합니다.
참고: 없는 얇은 Au 시 전도성 어떻게든 이므로 EBL 과정 SiO2/Si 기판에 입금 됩니다.- 대상 위치 사이 좌표 변위를 측정 하 고 맞춤 광학 현미경을 사용 하 여 표시 하 고,이 측정에 따라 디자인 소프트웨어를 사용 하 여 금속 전극의 패턴 레이아웃 디자인.
참고: 금속 전극을 연결할 MoS2 샘플에서 대상 포인트 SiO2/Si 기판에 금속 패드. - 예: PMMA 또는 P015, 60에 대 한 2000 rpm에서 샘플 위에 스핀 코트 홍보, s (실내 온도). 홍보 전체 샘플 덮여 있다 확인 하십시오.
- (소프트 빵) 샘플 90 100 ° C에서 열 홍보에 용 매를 증발 하 고 접착을 향상 시킬 s.
- 특정 파일 패턴 레이아웃 단계 2.4.1에서에서 변환 (예: GDS 파일), EBL 소프트웨어에 그것을 업로드 하 고.
- 레이아웃에 금속 라인의 너비에 따라 전자 빔의 이상적인 복용량을 결정 합니다.
참고: 1 µ m 보다 더 좁은 금속 선 두께 대 한 이상적인 전자 빔 복용량은 110 µ C/cm2; 1 ~ 5 µ m 선 두께 대 한 복용량은 100 µ C/cm2; 그리고 선 두께 5 µ m 보다 더 넓은, 복용량 80 µ C/c m2이다. - Si/SiO2 기판에서의 정렬 표시 위치 레이아웃에서 그것의 통신 일치 되도록 EBL 기계를 설정 합니다.
- 전자 빔에 샘플을 제공 시작 합니다.
- 서 파 효과 줄이기 위해 노출 후 샘플 PEB 적용 됩니다. 90에 대 한 120 ° C에서 샘플을 열 s.
- 개발자로 2.38 %TMAH 사용 합니다. 샘플 10 이온 물 200 mL와 함께 TMAH 밖으로 80 미 세척을 위한 TMAH 담가 s.
- 패턴은 광학 현미경에 의해 잘 발달 하는 경우를 검사 합니다.
- 하드 빵 홍보 열 90 110 ° C에서 샘플에서에서 여분의 물을 제거를 실시 s.
- 대상 위치 사이 좌표 변위를 측정 하 고 맞춤 광학 현미경을 사용 하 여 표시 하 고,이 측정에 따라 디자인 소프트웨어를 사용 하 여 금속 전극의 패턴 레이아웃 디자인.
- Au 금속 증 착 및 이륙 수행
- 100의 간격을 가진 전자 총 증발 기를 사용 하 여 누구나 금속 입금 nm, 그렇지 않으면, 그것은 이륙 하 여 홍보 및 원치 않는 금속 제거 어려울 것 이다.
- 준비 하 고 홍보를 해산 하 고 수행 하는 이륙에 아세톤 100ml를 샘플 잠수함. 동요 하 고 금속 라인과 왼쪽 패드까지 광학 현미경을 통해 프로세스를 모니터링 하는 동안 아세톤을 날 려.
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Representative Results
장치 제작 프로세스는 2D 소재 소자의 개발을 포함 하는 해당 작가 연구의 몇몇에 적용 되었습니다. 이 부분에서 이러한 연구 들의 결과 위에서 설명한 프로토콜의 유효성을 입증 하는 되 게 됩니다. 측면 WSe2의 단층-MoS2 Q HBT20 첫 번째 예제로 선택 됩니다. 프로토콜에 대 한 자세한 표준 장치 제조 프로세스를 사용 하는 단층 옆 WSe2-MoS2 heterojunctions (그림 2a) 재배 후 Q-HBT의 형성에 의해 진행. 금속 접촉 Q HBT 완료 측면 heterojunction 위에 예금 되었다. Ti/Au WSe2 레이어 (그림 2d) 위에 Pd/Au의 증 착에 의해 다음 달2 레이어 (그림 2c), 위에 예금 되었다. 여러 측면 Q HBT 개발 되었다 (그림 2d, 2e)에 n-p-n-p 측면 heterojunction와 같은. Q-HBT 장치의 기능 출력 등의 특성 곡선으로 보고 확인 했다 (내가C-VCE) 공통이 미터 구성 (그림 2f)에서 곡선. 그림 2 층 측면 n-p-n Q-HBT 작품 2 개의 동작 모드-채도 모드와 액티브 모드-Q-HBT 제조 공정, 실제로,를 사용 하 여 만들어진 트랜지스터로 작동 한다는 증명을 보여 줍니다.
과정은 MoS2 piezotronic 스트레인/힘 센서21 응용 프로그램에 대 한 2D 백 개폐 장치 구축에 사용 되었다. 사파이어 기판에 증 착을 사용 하 여 및 다음 Si/SiO2 기판에 전송에 처음 높은-품질 삼각형 단층 MoS2 영화 합성 했다. Piezotronic 장치에 MoS2 영화를 만들기의 과정의 나머지 프로토콜 섹션에 설명 되어 있습니다. 그림 3a 삼각 모스2 단층으로 구성 된 완성 된 장치의 원자 힘 현미경 (AFM) 이미지를 표시 하 고 여러 소스/드레인 전극 (S-D) Au. 공부 하 고 압 전 분극 방향, 삼각형 모양 주위 여러 연락처 전극 의도적으로 설계 되었습니다. 그림 3b 는 piezotronic 센서 장치 및 설치는 AFM 팁의 압 전 효과 테스트 하 여 기계 부하를 적용 하는 방법을 보여주는 회로도를 선물 한다. 그림 3 c에서 결과 그것의 S D 전극 쌍 중 하나를 통해 센서 소자의 전류 흐름 감소 적용 된 힘과 반대로, 모든 증가 대 한 압 전 센서에 대 한 예상 되는 동작은 보여 줍니다. 또한, 그림 3d에서 데이터 개발된 센서 적용된 힘/스트레인의 반복 응용 프로그램이 거의 그것의 출력 전류 또는 응답 변경 이후 안정 되어 의미 합니다.
그림 1입니다. 2D 전자 장치 회로도 프로세스 흐름. 파란색 화살표는 Q-HBT 및 2D 다시 문이 트랜지스터에 대 한 브라운의 제조 프로세스 흐름을 나타냅니다. 삽입: (a) 2D 자료 사파이어 기판에 코팅 된 PMMA; (b)는 샘플이 열 하면서 암모니아 솔루션;에 배어 (c) 금속 증 착 및 이륙 과정 후 2D 소재의 회로도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2입니다. 2 차원 측면 Q-HBT입니다. (a). AFM의 단계 이미지. 단계 이미지 WSe2 와 MoS2사이 명확한 대조를 보여줍니다. (b). 측면 heterostructure 리본 n 유형 물자가 MoS2 와 p 형 재료의 광학 현미경 사진 WSe2입니다. (c). 는 광학 현미경 사진 측면 heterostructure 리본에 MoS2 위에 입금 금속 Ti/Au의. 참고가이 이미지 (d)에서 같은 규모를가지고 있습니다. (d). 는 광학 현미경 사진은 측면 Q HBT, 보여주는 n−p−n−p 측면 heterojunction의. 검은 점선된 상자 측면 heterostructure 리본 메뉴의 위치를 표시합니다. (e). 2D Q HBT의 도식 줄거리. 노란 리본 MoS2 monolayers 이며 레드 리본은 WSe2 단층. Ti/Au 금속 레이어는 WSe2Pd/Au 연락처 동안 MoS2 에 입금 하도록 설계 되었습니다. (f). 다른 V될 값에 측면 n−p−n Q-HBT의 출력 특성. Blaschke, B. M., 외허가 매 판. 10. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3입니다. MoS2 단층 장치입니다. (a). MoS2 단층 장치의 AFM 이미지. (b). MoS2 장치는 AFM 팁의 압 전 효과 테스트 하 여 기계 부하를 적용 하는 방법을 보여주는 도식 일러스트. (c). 의 압축 변형 상단에 표시 된 위치에 힘을 적용 하는 때 다른 적용된 세력에 MoS2 장치 -Vb 특성 인세트 같이 개요로 낮은 압축 변형 결과 인세트입니다. (d). Lan, Y. W., 외허가 Reprinted 대 1의 고정된 바이어스 전압에서 반복된 압축 긴장에 증 착 단층 MoS2 장치의 현재 응답. 8. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
이 문서에서는, 나노미터 스케일의 2D 자료에 따라 새로운 전자 조작의 자세한 절차는 설명 했다. 각 응용 프로그램의 샘플 준비 절차 서로 차이 때문에, 중복 된 프로세스 프로토콜으로 취급 했다. 전자 빔 패터 닝 소재 위치 결정 결합 및 금속 전극 정의 따라서 여기 프로토콜 역할. 두 가지 유형의 장치 언급 중 SiO2/Si 기판 위에 단 결정 MoS2 영화 전송 우기와 금속 이륙 끝에서 시작 하는 2D 다시 문이 트랜지스터의 전체 과정 발표 됐다. 왜 초점 주어진 2D에 다시 문이 트랜지스터 이유 향상 된 2D 자료 기반 필드 효과 트랜지스터 (Fet)의 긴급 한 필요. 따라서, 그것의 제조 공정에 관련 된 중요 한 포인트는 다음 단락에서 강조 됩니다.
실험의 모든 단계에서 몇 가지 까다로운 점이 있다. 첫째, 소재 찾기 PMMA의 제거에 의해 다음의 우선 순위는 공기에 MoS2 영화 노출 하는 동안 불리 한 흡착을 피하기 위해 필요 합니다. 흡착 성능 저하의 원인 중 하나입니다. 따라서, 샘플 되어 30 분 이상 후 전송에 필요한 기간으로 굽기. 그렇지 않으면, 영화 때문에 영화와 유 전체, 대상 위치에 조각의 실종 귀착되는 가난한 첨부 아세톤과 PMMA를 해산 하는 때 떨어져 벗 겨 하기 쉽습니다. 전자 빔의 복용량은 패턴에 대 한 또 다른 중요 한 요소 이다. 높은 전자 빔 복용량 패턴 근접 효과의 한 전극 사이의 좁은 간격을 위해 적당 하다. 다른 한편으로, 그것의 복용량을 감소 이어질 수 있습니다 이상적인 패턴을 달성 하는 무 능력. 따라서 실시 해야 전자 빔의 매개 변수를 미세 조정 합니다. 기본적으로, 얇은 금속은 쉽게 이륙 하는 것이 좋습니다 그리고 이상적인 두께 응용 프로그램 및 포토 레지스트의 두께에 따라 달라 집니다. 이 프로젝트에서 2D 트랜지스터, 대 한 금속 두께 100 아래 nm 허용 됩니다.
방법의 한 가지 한계 이므로 수동 작업이 필요, 그것은 연구 목적에 적합입니다. 일단 이러한 자료의 웨이퍼 규모 합성 기술을 개발,이 접근을 통해 전통적인 반도체 기술을 걸릴 수 있습니다. 또한, 점점 더 높은 해상도 재료 품질 사이의 트레이드 오프는 광학 이미징 및 스캐닝 전자 현미경 (SEM) 소재 위치 결정을 사용 하 여 다른 방법을 선택할 때 존재 합니다. 이 프로토콜에 사용 되는 광학 이미징 방법 SEM는 더 정확 하지만 재료에 손상을 일으킬 수 있는 동안 위치를 찾기 위한 마이크로미터 규모 정밀도를 제공 합니다. 따라서, 지금까지 가장 편법은 프로토콜에서 제안 광학 이미징 사용 하 여입니다.
최고를 추구 하는 연구의 년 이후 새로운 재료를 개발 하는 방법을 불가결, 실습 실험 실험실 범위 제조는 여전히 중요 한 위치를 차지 하고있다. 확실 하 게,이 방법을 사용할 수 있습니다 2D 자료 뿐만 아니라 1 D와 알려지지 않은 재료에 대 한 미래, 나노 전자의 가능성을 확대.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
이 작품은 아니요 국가 과학 위원회, 계약에 따라 대만 의해 지원 되었다 대부분 105-2112-M-003-016-MY3입니다. 이 작품 또한 일부 국가 나노 장치 실험실 및 전기 공학의 국립 대만 대학에서 전자 빔 실험실에 의해 지원 되었다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| E-gun Evaporator | AST | PEVA 600I | |
| Au slug, 99.99% | Well-Being Enterprise Co | N/A | |
| Ti slug, 99.99% | Well-Being Enterprise Co | N/A | |
| E-beam Lithography System | Elionix | ELS7500-EX | |
| Cold Wall CVD System | Sulfur Science | SCW600S | |
| C-plane Sapphire substrate | Summit-Tech | X171999 | (0001) ± 0.2 ° one side polished |
| 100 nm SiO2/Si | Fabricated in NDL | ||
| Ammonia Solution | BASF | Ammonia Solution 28% Selectipur | |
| Molybdenum (Mo), 99.95% | Summit-Tech | N/A | |
| Tungsten (W), 99.95% | Summit-Tech | N/A | |
| Sulfur (S), 99.5% | Sigma-Aldrich | 13803 | |
| Polymethyl Methacrylate (PMMA) | Microchem | 8110788 | Use for transfer process |
| Spin Coater | Laurell | WS 400B 6NPP LITE | |
| Acetone | BASF | Acetone EL Selectipur | |
| Isopropanol (IPA) | BASF | 2-Propanol UPS | |
| Photo Resist for EBL | TOK | TDUR-P-015 | |
| Plasma Cleaner | Harrick Plasma | PDC-32G | Oxygen plasma |
References
- Kim, Y. B. Challenges for Nanoscale MOSFETs and Emerging Nanoelectronics. Transactions on Electrical and Electronic Materials. 11 (3), 93-105 (2010).
- Waldrop, M. M. The chips are down for Moore's law. Nature. 530 (7589), 144-147 (2016).
- Lan, Y. W., Chang, W. H., et al. Effects of oxygen bonding on defective semiconducting and metallic single-walled carbon nanotube bundles. Carbon. 50 (12), 4619-4627 (2012).
- Lan, Y. W., Aravind, K., Wu, C. S., Kuan, C. H., Chang-Liao, K. S., Chen, C. D. Interplay of spin-orbit coupling and Zeeman effect probed by Kondo resonance in a carbon nanotube quantum dot. Carbon. 50 (10), 3748-3752 (2012).
- Lan, Y. W., Nguyen, L. N., Lai, S. J., Lin, M. C., Kuan, C. H., Chen, C. D. Identification of embedded charge defects in suspended silicon nanowires using a carbon-nanotube cantilever gate. Applied Physics Letters. 99 (5), (2011).
- De Volder, M. F. L., Tawfick, S. H., Baughman, R. H., Hart, A. J. Carbon nanotubes: present and future commercial applications. Science (New York, N.Y.). 339 (6119), 535-539 (2013).
- Eatemadi, A., Daraee, H., et al. Carbon nanotubes: Properties, synthesis, purification, and medical applications. Nanoscale Research Letters. 9 (1), 1-13 (2014).
- Lan, Y. W., Chang, W. H., et al. Polymer-free patterning of graphene at sub-10-nm scale by low-energy repetitive electron beam. Small. 10 (22), 4778-4784 (2014).
- Romero, M. F., Bosca, A., et al. Impact of 2D-Graphene on SiN Passivated AlGaN/GaN MIS-HEMTs Under Mist Exposure. IEEE Electron Device Letters. 38 (10), 1441-1444 (2017).
- Blaschke, B. M., Tort-Colet, N., et al. Mapping brain activity with flexible graphene micro-transistors. 2D Materials. 4 (2), 25040 (2017).
- Zhu, Z., Murtaza, I., Meng, H., Huang, W. Thin film transistors based on two dimensional graphene and graphene/semiconductor heterojunctions. RSC Advances. 7 (28), 17387-17397 (2017).
- Kim, S. J., Choi, K., Lee, B., Kim, Y., Hong, B. H. Materials for Flexible, Stretchable Electronics: Graphene and 2D Materials. Annual Review of Materials Research. 45 (1), 63-84 (2015).
- Manzeli, S., Ovchinnikov, D., Pasquier, D., Yazyev, O. V., Kis, A. 2D transition metal dichalcogenides. Nature Reviews Materials. 2, (2017).
- Kolobov, A. V., Tominaga, J. Emerging Applications of 2D TMDCs. 239, Springer Series in Materials Science. 473-512 (2016).
- Nguyen, L. N., Lan, Y. W., et al. Resonant tunneling through discrete quantum states in stacked atomic-layered MoS2. Nano Letters. 14 (5), 2381-2386 (2014).
- Torres, C. M., Lan, Y. W., et al. High-Current Gain Two-Dimensional MoS2-Base Hot-Electron Transistors. Nano Letters. 15 (12), 7905-7912 (2015).
- Jariwala, D., Sangwan, V. K., Lauhon, L. J., Marks, T. J., Hersam, M. C. Emerging Device Applications for Semiconducting Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides. ACS Nano. 8 (2), 1102-1120 (2014).
- Choi, W., Choudhary, N., Han, G. H., Park, J., Akinwande, D., Lee, Y. H. Recent development of two-dimensional transition metal dichalcogenides and their applications. Materials Today. 20 (3), 116-130 (2017).
- Xiao, H. Introduction to Semiconductor Manufacturing Technology, Second Edition. , Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers. (2012).
- Lin, C. Y., Zhu, X., et al. Atomic-Monolayer Two-Dimensional Lateral Quasi-Heterojunction Bipolar Transistors with Resonant Tunneling Phenomenon. ACS Nano. 11 (11), 11015-11023 (2017).
- Qi, J., Lan, Y. W., et al. Piezoelectric effect in chemical vapour deposition-grown atomic-monolayer triangular molybdenum disulfide piezotronics. Nature Communications. 6, (2015).
