Summary
L'articolo mira a introdurre una procedura di fabbricazione standard e affidabile per lo sviluppo della futura basso nanoelettronica dimensionale.
Abstract
Materiali di bidimensionale (2D) hanno attirato l'attenzione enorme a causa di loro proprietà uniche e le potenziali applicazioni. Poiché wafer scala sintesi di materiali 2D sono ancora in fase nascente, gli scienziati completamente non possono basarsi sulle tecniche di semiconduttori tradizionali per la ricerca. Processi delicati da individuare i materiali alla definizione di elettrodo devono essere ben controllati. In questo articolo, un protocollo universale fabbricazione necessaria nella produzione di elettronica su scala nanometrica, come 2D quasi eterogiunzione bipolare Transistor (Q-HBT) e 2D retro-gated transistori sono dimostrati. Questo protocollo riguarda la determinazione della posizione del materiale, Litografia a fascio di elettroni (EBL), definizione di elettrodo metallico, et al. Un racconto di passo per passo le procedure di fabbricazione per questi dispositivi inoltre sono presentati. Inoltre, i risultati mostrano che ogni dispositivo fabbricato ha raggiunto ad alte prestazioni con elevata ripetibilità. Questo lavoro rivela una descrizione completa del flusso di processo per la preparazione di 2D nano-elettronica, consente i gruppi di ricerca accedere a queste informazioni e spianare la strada verso l'elettronica del futuro.
Introduction
Da decenni passati, l'umanità sta vivendo rapid downscale delle dimensioni dei transistor e, di conseguenza, un aumento esponenziale del numero di transistor nei circuiti integrati (ICs). Questo mantiene il continuo progresso della tecnologia basata sul silicio complementari metal-oxide semiconductor (CMOS)1. Inoltre, questa tendenza attuale con le dimensioni e le prestazioni dei dispositivi fabbricati sono ancora in pista con la legge di Moore, che afferma che il numero di transistor su chip elettronici, nonché le loro prestazioni, raddoppia circa ogni due anni2. Transistor CMOS sono presenti nella maggior parte, se non tutti, dei dispositivi elettronici disponibili sul mercato e rendendo così parte integrante della vita umana. A causa di questo, ci sono continue richieste per miglioramenti in chip di dimensioni e prestazioni che hanno spinto i produttori a continuare a seguire pista legge del Moore.
Purtroppo, la legge di Moore sembra essere prossimo alla fine a causa della quantità di calore generato come più circuiti di silicio sono infilati in una piccola area2. Ciò richiede nuovi tipi di materiali che possono fornire lo stesso, se non meglio, prestazioni come il silicio e, allo stesso tempo, può essere implementato in scala relativamente ridotta. Recentemente, nuovi materiali promettenti sono stati soggetti di molte ricerche di scienza dei materiali. Tali materiali come unidimensionale (1D) carbonio nanotubes3,4,5,6,7, grafene 2D8,9,10, 11 , 12e metalli di transizione dichalcogenides (TMDs)13,14,15,16,17,18, sono buoni candidati che possono essere utilizzati come sostituire il silicio CMOS e continuare la pista legge del Moore.
Fabbricazione di piccoli dispositivi richiede attenta determinazione della posizione del materiale di procedere con successo per le altre tecniche di fabbricazione come la litografia e definizione di elettrodo metallico. Quindi, il metodo presentato in questa carta è stato progettato per rispondere a questa esigenza. Rispetto al tradizionale semiconductor fabrication tecniche19, l'approccio presentato in questo paper è Sarto-misura allo sviluppo di dispositivi su scala ridotta che necessita di maggiore attenzione in termini di trovare la posizione del materiale. Lo scopo di questo metodo è affidabile fabbricare dispositivi di nanomateriale 2D, come 2D retro-gated transistori e Q-HBTs, utilizzando processi di fabbricazione standard. Questo può servire come una piattaforma per gli sviluppi futuri nanomacchina come spiana la strada verso la produzione di dispositivi futuri avanzate nano-scala.
Nella sezione procedimento, i processi di fabbricazione per dispositivi basati su materiali 2D vale a dire, il Q-HBT e 2D retro-gated transistor sono discussi in dettaglio. Elettrone fascio patterning combinato con determinazione di posizione materiale ed elettrodo metallico definizione comprende il protocollo, poiché essi sono tenuti in entrambi i processi menzionati. Parte 1 viene illustrato il processo di fabbricazione dettagliata di Q-HBTs20; e parte 2 viene illustrato un approccio universale per ottenere il bisolfuro di molibdeno di chemical vapor deposition (CVD) (MoS2) retro-gated transistori dal trasferimento a lift-off21, che è stato completamente indicato nell'articolo. Il flusso di processo dettagliato è illustrato nella (Figura 1).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. processo di fabbricazione di transistor 2D Quasi-heterojunction
- Preparare commerciale c-aereo zaffiro.
- Lavare l'intero singolo-lato di zaffiro (2 pollici) con acetone.
- Sciacquare il substrato di zaffiro con alcool isopropilico.
- Crescere MoS2 su substrato di zaffiro utilizzando CVD in una fornace di pareti calde.
- Posto 0,6 g di polvere di molibdeno triossido (MoO3) in una barca di quarzo situato presso il riscaldamento zona centro del forno. Mettere il substrato dello zaffiro a valle accanto alla barca di quarzo contenente la polvere di3 MoO.
- Preparare la polvere di zolfo (S) in una barca di quarzo separato sul lato a Monte del forno. Mantenere la sua temperatura a 190 ° C durante la reazione.
- Utilizzare argon (Ar = 70 sccm, 40 Torr) gas flusso per portare i vapori di3 S e MoO al substrato di zaffiro durante il riscaldamento della zona centro a 750 ° C.
- Mantenere la zona di riscaldamento, dopo aver raggiunto la temperatura desiderata crescita di 750 ° C, per 15 min e poi naturalmente raffreddare il forno a temperatura ambiente.
- Eseguire EBL.
Nota: Un Au sottile di circa 5 nm è stato depositato da sputtering per lo scarico durante tutti i processi di EBL su substrato di zaffiro- Identificare, utilizzando un microscopio ottico, un'area dove si osservano fiocchi di MoS2 monostrato, quindi progettare il layout del modello di striscia per quel settore specifico utilizzando un software di progettazione (AutoCAD).
- Spin-cappotto photoresist (PR), metacrilato di polymethyl (PMMA) ad esempio o P015, sopra il campione a 2000 rpm per 60 s (temperatura ambiente). Assicurarsi che il PR ha coperto l'intero campione dopo spin-coating.
- Riscaldare il campione (cuocere morbido) a 100 ° C per 90 s in modo da far evaporare i solventi nel PR e migliorare l'adesione.
- Convertire il layout di modello al punto 1.3.1 in un file specifico (esempio: file GDS) e caricarlo nel software EBL.
- Determinare la dose ideale di fascio di elettroni basato sulla larghezza delle righe nel layout.
Nota: Per la larghezza della riga più stretto di 1 µm, la dose ideale di fascio di elettroni è 110 µC/cm2; per 1 a 5 µm spessore della linea, la dose è 100 µC/cm2; e per una larghezza di linea più ampia di 5 µm, la dose è di 80 µC/cm2. - Inizia a esporre il campione a fascio di elettroni.
- Applicare cuocere post-esposizione (PEB) sul campione dopo l'esposizione al fine di ridurre gli effetti di onde stazionarie. Riscaldare il campione a 120 ° C per 90 s.
- Utilizzare tetrametilammonio idrossido (TMAH) 2,38% come sviluppatore. Immergere il campione TMAH per 80 s. lavare il TMAH con 200 mL di acqua deionizzata per 10 s.
- Esaminare se il modello è ben sviluppato mediante microscopia ottica.
- Condurre cuocere difficile sbarazzarsi di acqua in eccesso in calore Pr. il campione a 110 ° C per 90 s.
- Definire le strutture di striscia con acquaforte di 50 W ossigeno (O2) del plasma (1st acquaforte) per 30 s a 2 min e Rimuovi PR con 50 mL di acetone.
- Crescere diseleniuro di tungsteno (WSe2) mediante CVD nella posizione di destinazione, che si tradurrà in una crescita preferita di WSe2 strato tra le strisce di2 MoS già esistente sul substrato di zaffiro.
- Posto 0,6 g di polvere di tungsteno triossido (WO3) in una barca di quarzo situato presso il riscaldamento zona centro del forno. Mettere il substrato dello zaffiro a valle accanto alla barca di quarzo contenente la polvere di3 WO.
- Preparare la polvere di selenio (Se) in una barca di quarzo separato sul lato a Monte del forno. Mantenere la sua temperatura a 260 ° C durante la reazione.
- Utilizzare Ar/H2 (Ar = 90 sccm, H2 = 6 sccm, 20 Torr) gas flusso per portare i vapori di3 Se e WO al substrato di zaffiro durante il riscaldamento della zona centro a 925 ° C.
- Mantenere la zona di riscaldamento, dopo aver raggiunto la temperatura desiderata crescita di 925 ° C, per 15 min e poi naturalmente raffreddare il forno a temperatura ambiente.
- Fabbricare le matrici metallico della pastiglia e i segni di allineamento.
- Sovrapporre i modelli di matrici metallico della pastiglia e allineamento i marchi mediante fotolitografia patterning tecnica.
- Deposito 20 nm/60 nm Ti/Au utilizzando la pistola di elettrone evaporatore.
Nota: L'oro è usato per evitare l'ossidazione dei rilievi del metallo. - Preparare e immergere il campione a 100 mL di acetone per sciogliere PR ed eseguire Lift-off. Agitare e soffiare l'acetone mentre controllo l'intero processo tramite microscopia ottica finché le pastiglie in metallo diventano evidenti.
- Eseguire un altro processo EBL per sovrapporre un reticolo di forma del nastro in cima MoS2- WSe2 eterogiunzione.
- Misurare lo spostamento delle coordinate tra la località di destinazione in MoS2- WSe2 eterogiunzione e i segni di allineamento mediante microscopia ottica e progettare il layout della barra multifunzione-forma sulla base di queste misurazioni utilizzando un software (AutoCAD).
- Spin-cappotto PR, per esempio PMMA o P015, sopra il campione a 2000 rpm per 60 s (temperatura ambiente). Assicurarsi che il PR ha coperto l'intero campione dopo spin-coating.
- Riscaldare il campione (cuocere morbido) a 100 ° C per 90 s in modo da far evaporare i solventi nel PR e migliorare l'adesione.
- Convertire il layout di ripetizione nel passaggio 1.7.1 in un file specifico (esempio: file GDS) e caricarlo nel software EBL.
- Determinare la dose ideale di fascio di elettroni basato sulla larghezza delle righe nel layout.
Nota: Per la larghezza della riga più stretto di 1 µm, la dose ideale di fascio di elettroni è 110 µC/cm2; per 1 a 5 µm spessore della linea, la dose è 100 µC/cm2; e per una larghezza di linea più ampia di 5 µm, la dose è di 80 µC/cm2. - Impostare la macchina EBL tale che la posizione dei segni di allineamento nel substrato zaffiro corrisponde la sua corrispondenza nel layout.
- Inizia a esporre il campione a fascio di elettroni.
- Applicare PEB sul campione dopo l'esposizione al fine di ridurre gli effetti di onde stazionarie. Riscaldare il campione a 120 ° C per 90 s.
- Utilizzare TMAH 2,38% come lo sviluppatore. Immergere il campione TMAH per 80 s. lavare il TMAH con 200 mL di acqua deionizzata per 10 s.
- Esaminare se il modello è ben sviluppato mediante microscopia ottica.
- Condurre cuocere difficile sbarazzarsi di acqua in eccesso in calore Pr. il campione a 110 ° C per 90 s.
- Utilizzare acquaforte di O2 al plasma (2nd acquaforte) per definire un'eterogiunzione laterali a forma di nastro e rimuovere PR dall'acetone.
- Eseguire il processo di EBL per sovrapporre il modello degli elettrodi metallici Ti/Au.
- Misurare lo spostamento delle coordinate tra la località di destinazione in MoS2- WSe2 eterogiunzione e i segni di allineamento mediante microscopia ottica e progettare il layout di elettrodo metallico sulla base di queste misurazioni utilizzando un software (AutoCAD).
- Spin-cappotto PR, per esempio PMMA o P015, sopra il campione a 2000 rpm per 60 s (temperatura ambiente). Assicurarsi che il PR ha coperto l'intero campione dopo spin-coating.
- Riscaldare il campione (cuocere morbido) a 100 ° C per 90 s in modo da far evaporare i solventi nel PR e migliorare l'adesione.
- Convertire il layout di ripetizione nel passaggio 1.9.1 in un file specifico (esempio: file GDS) e caricarlo nel software EBL.
- Determinare la dose ideale di fascio di elettroni basato sulla larghezza delle linee metalliche nel layout.
Nota: Per la larghezza della linea metallo stretto di 1 µm, la dose ideale di fascio di elettroni è 110 µC/cm2; per 1 a 5 µm spessore della linea, la dose è 100 µC/cm2; e per una larghezza di linea più ampia di 5 µm, la dose è di 80 µC/cm2. - Impostare la macchina EBL tale che le posizioni dei segni di allineamento nel substrato zaffiro corrisponde la sua corrispondenza nel layout.
- Inizia a esporre il campione a fascio di elettroni.
- Applicare PEB sul campione dopo l'esposizione al fine di ridurre gli effetti di onde stazionarie. Riscaldare il campione a 120 ° C per 90 s.
- Utilizzare TMAH 2,38% come lo sviluppatore. Immergere il campione TMAH per 80 s. lavare il TMAH con 200 mL di acqua deionizzata per 10 s.
- Esaminare se il modello è ben sviluppato mediante microscopia ottica.
- Condurre cuocere difficile sbarazzarsi di acqua in eccesso in calore Pr. il campione a 110 ° C per 90 s.
- Eseguire il lift-off e deposizione metallica Ti/Au
- Cassetta di metallo di Ti/Au usando la pistola di elettrone evaporatore con lo spessore di meno di 100 nm, in caso contrario, sarà difficile rimuovere il PR e il metallo indesiderato di Lift-off.
- Preparare e immergere il campione a 100 mL di acetone per sciogliere PR ed eseguire Lift-off. Agitare e soffiare l'acetone mentre controllo l'intero processo tramite microscopia ottica finché ci sono solo linee di metallo e pastiglie a sinistra.
- Eseguire il processo di EBL nel passaggio 1,9 ma sovrapposizione pattern di elettrodo metallico di Pd/Au invece Ti/Au.
- Eseguire il processo di deposizione e Lift-off metallo nel passaggio 1.10 ma depositare Pd/Au invece Ti/Au.
2. processo di fabbricazione 2D Back-gated transistori
- Preparare il retro-gated Si/SiO2 substrati con segni di allineamento.
- Preparare il substrato SiO2/Si fatti in casa o commerciale.
- Consente di definire il segno di allineamento fotolitografia o tecniche di campitura EBL.
- Eseguire reattiva ion etching (RIE) sul substrato di SiO2/Si finché non raggiunge la profondità totale dell'area target 1000 nm e rimuovere il PR da plasma di2 O di rivelare i segni di allineamento formata.
- I modelli di matrici di pad in metallo mediante fotolitografia patterning tecnica di sovrapposizione.
- Deposito 20 nm/60 nm Ti/Au utilizzando la pistola di elettrone evaporatore.
Nota: L'oro è usato per evitare l'ossidazione dei rilievi del metallo. - Preparare e immergere il campione a 100 mL di acetone per sciogliere PR ed eseguire Lift-off. Agitare e soffiare l'acetone durante l'intero processo di monitoraggio mediante microscopia ottica fino a quando le pastiglie in metallo diventano evidenti.
- Eseguire il CVD di MoS2 su substrato di zaffiro in una fornace di pareti calde.
- Posto 0,6 g di MoO3 in polvere in una barca di quarzo situato presso il riscaldamento zona centro del forno. Mettere il substrato dello zaffiro a valle accanto alla barca di quarzo contenente la polvere di3 MoO.
- Preparare la polvere di S in una barca di quarzo separato sul lato a Monte del forno. Mantenere la sua temperatura a 190 ° C durante la reazione.
- Utilizzare argon (Ar = 70 sccm, 40 Torr) gas flusso per portare i vapori di3 S e MoO al substrato di zaffiro durante il riscaldamento della zona centro a 750 ° C.
- Mantenere la zona di riscaldamento, dopo aver raggiunto la temperatura desiderata crescita di 750 ° C, per 15 min e poi naturalmente raffreddare il forno a temperatura ambiente.
- Consente di trasferire il substrato di retro-gated SiO2/Si MoS2 dallo zaffiro.
- Cappotto di spin PMMA con la velocità di centrifuga di 3500 rpm per 30 s sopra il film2 MoS.
- Cuocere il MoS2/sapphire campione a 120 ° C per 3 min per rinforzare lo strato di PMMA.
- Immergere il MoS2/Sapphire campione in 50 mL di soluzione di ammoniaca (14,5%) per circa 30 min a 2 h per separare il film2 MoS dal substrato dello zaffiro.
- Pick up il film e trasferirlo al SiO2/Si substrato.
- Cuocere l'esempio di MoS2/SiO2/Si al fine di migliorare l'adesione tra il MoS2 e SiO2 strati. Riscaldare il campione a 120 ° C per circa 30 min a 1 h.
- Rimuovere il PMMA lavandolo con 30 mL di acetone per circa 30 min a 2 h.
- Sciacquare il campione con alcool isopropilico e utilizzare l'azoto per soffiarlo asciutto.
- Eseguire EBL.
Nota: Non c'è nessun Au sottile depositato sul substrato di SiO2/Si durante processo di EBL, poiché Si è in qualche modo conduttivo.- Misurare lo spostamento delle coordinate tra la località di destinazione e l'allineamento contrassegna mediante microscopia ottica e, sulla base di queste misurazioni, progettare il layout di modello degli elettrodi metallici utilizzando un software di progettazione.
Nota: Elettrodi metallici collegare i punti di destinazione nel campione2 MoS per i rilievi del metallo nel SiO2/Si substrato. - Spin-cappotto PR, per esempio PMMA o P015, sopra il campione a 2000 rpm per 60 s (temperatura ambiente). Assicurarsi che il PR ha coperto l'intero campione.
- Riscaldare il campione (cuocere morbido) a 100 ° C per 90 s in modo da far evaporare i solventi nel PR e migliorare l'adesione.
- Convertire il layout di modello al punto 2.4.1 in un file specifico (esempio: file GDS) e caricarlo nel software EBL.
- Determinare la dose ideale di fascio di elettroni basato sulla larghezza delle linee metalliche nel layout.
Nota: Per la larghezza della linea metallo stretto di 1 µm, la dose ideale di fascio di elettroni è 110 µC/cm2; per 1 a 5 µm spessore della linea, la dose è 100 µC/cm2; e per una larghezza di linea più ampia di 5 µm, la dose è di 80 µC/cm2. - Impostare la macchina EBL tale che la posizione dei segni di allineamento nel substrato Si/SiO2 partite relativa corrispondenza nel layout.
- Inizia a esporre il campione a fascio di elettroni.
- Applicare PEB sul campione dopo l'esposizione al fine di ridurre gli effetti di onde stazionarie. Riscaldare il campione a 120 ° C per 90 s.
- Utilizzare TMAH 2,38% come lo sviluppatore. Immergere il campione TMAH per 80 s. lavare il TMAH con 200 mL di acqua deionizzata per 10 s.
- Esaminare se il modello è ben sviluppato mediante microscopia ottica.
- Condurre cuocere difficile sbarazzarsi di acqua in eccesso in calore Pr. il campione a 110 ° C per 90 s.
- Misurare lo spostamento delle coordinate tra la località di destinazione e l'allineamento contrassegna mediante microscopia ottica e, sulla base di queste misurazioni, progettare il layout di modello degli elettrodi metallici utilizzando un software di progettazione.
- Eseguire il lift-off e deposizione di metallo Au
- Cassetta di metallo Au utilizzando la pistola di elettrone evaporatore con lo spessore di meno di 100 nm, in caso contrario, sarà difficile rimuovere il PR e il metallo indesiderato di Lift-off.
- Preparare e immergere il campione a 100 mL di acetone per sciogliere PR ed eseguire Lift-off. Agitare e soffiare l'acetone durante il monitoraggio del processo tramite microscopia ottica, fino a quando non ci sono solo linee di metallo e pastiglie a sinistra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I processi di fabbricazione del dispositivo sono stati applicati a molte delle ricerche dell'autore corrispondente che coinvolgono lo sviluppo di dispositivi materiale 2D. In questa parte, i risultati di alcune di queste ricerche sono presentati per dimostrare l'effettività del protocollo discusso sopra. Un monostrato di laterale WSe2-MoS2 Q-HBT20 è selezionato come il primo esempio. Utilizzando i processi di fabbricazione del dispositivo standard dettagliati nel protocollo, il monostrato laterale WSe2-MoS2 eterogiunzioni sono state coltivate (Figura 2a) e poi proceduto dalla formazione di Q-HBT. Contatti metallici sono stati depositati in cima eterogiunzione laterale per completare il Q-HBT. Ti/Au si depositarono sopra lo strato di2 MoS (Figura 2C), seguito dalla deposizione di Pd/Au sopra lo strato di2 WSe (figura 2d). Sono stati sviluppati diversi laterale Q-HBT, come quella con un n-p-n-p laterale eterogiunzione illustrato nella (figura 2d, 2e). La funzione del dispositivo Q-HBT è stata verificata esaminando le sue curve caratteristiche come la sua uscita (hoC-VCE) curva a emettitore comune configurazione (Figura 2f). Figura 2f dimostra che il laterale n-p-n Q-HBT funziona in due modalità di funzionamento - la modalità di saturazione e la modalità attiva - che dimostra che il Q-HBT che è stato costruito utilizzando il processo di fabbricazione, infatti, funziona come un transistor.
Il processo è stato utilizzato anche per costruire dispositivi retro-gated 2D per applicazione21 sensore di MoS2 piezotronic ceppo/forza. Pellicole di alta qualità triangolare monostrato MoS2 erano sintetizzato per la prima volta utilizzando CVD in un substrato di zaffiro e trasferito in un substrato di Si/SiO2 . Il resto del processo di realizzazione del film di2 MoS in un dispositivo piezotronic è discusso nella sezione protocollo. Figura 3a Mostra un'immagine di microscopia (AFM) forza atomica di un dispositivo completo costituito da un monostrato di2 MoS triangolare e scarico/fonte di diversi set di elettrodi (S-D) Au. Per studiare la direzione di polarizzazione piezoelettrica, elettrodi di contatto più intorno alla forma di triangolo sono stati progettati intenzionalmente. Figura 3b presenta il diagramma schematico del dispositivo sensore piezotronic e il programma di installazione che Mostra come viene applicato un carico meccanico di un suggerimento del AFM per testare l'effetto piezoelettrico. Risultati in Figura 3 c indicano che il dispositivo sensore corrente che fluisce attraverso una delle sue coppie di elettrodi di S-D diminuisce per ogni aumento di forza applicata e viceversa, che è un comportamento previsto per un sensore piezo-elettrico. Inoltre, i dati in figura 3d implica che il sensore è stabile, poiché un'applicazione ripetuta della forza/sforzo applicato appena cambiato la corrente di uscita o risposta.
Figura 1. Flusso di processo schematico di dispositivi elettronici 2D. Le frecce blue rappresentano il flusso di processo di fabbricazione di Q-HBT e marrone per transistor retro-gated 2D. Inserto: (a) il materiale 2D su zaffiro substrato rivestito con PMMA; (b) un campione riscaldato mentre imbevuto di soluzione di ammoniaca; (c) diagramma schematico di un materiale 2D dopo deposizione metallica e processo di Lift-off. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2. Q laterale bidimensionale-HBT. (a). immagine di fase del AFM. L'immagine di fase mostra chiaro contrasto tra WSe2 e MoS2. (b). il Micrografo ottico di un nastro di eterostruttura laterale dove n-tipo di materiale è MoS2 e p-tipo materiale è WSe2. (c). il Micrografo ottico del metallo Ti/Au depositato sopra il MoS2 sulla barra multifunzione eterostruttura laterale. Si noti che questa immagine ha la stessa scala come in (d). (d). il Micrografo ottico di laterale Q-HBT, mostrando un'eterogiunzione laterale n−p−n−p. Scatola nera tratteggiata indica la posizione del nastro laterale eterostruttura. (e). trama schematica di un 2D Q-HBT. I nastri gialli sono strati monomolecolari MoS2 e il nastro rosso è WSe2 monostrato. Strati metallici ti/Au sono progettati per depositare il MoS2 mentre contatti Pd/Au con WSe2. (f). le caratteristiche di uscita del n−p−n laterale Q-HBT a diversi valori di VBE . Ristampato con il permesso da Blaschke, B. M., et al. 10. per favore clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Nella figura 3. Il dispositivo di monostrato di2 MoS. (a). Immagine AFM del dispositivo monostrato2 MoS. (b). illustrazione schematica di un dispositivo di2 MoS mostrando come è applicato un carico meccanico di un suggerimento del AFM per testare l'effetto piezoelettrico. (c). - Vb caratteristiche del MoS2 dispositivo alle diverse forze applicate sotto sforzo compressivo quando applicando forze alle posizioni contrassegnate in alto incasso conseguente deformazione compressiva come mostrato schematicamente in basso inserti. (d). risposta corrente del dispositivo CVD monostrato MoS2 ceppi alla compressione ripetute a una tensione di polarizzazione fissa di 1 V. ristampato con permesso da Lan, Y. W., et al. 8. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
In questo articolo vengono illustrate le procedure dettagliate di fabbricare romanzo elettronica basata su materiali 2D in scala nanometrica. Poiché le procedure di preparazione dei campioni di ogni applicazione presentano differenze con l'altro, i processi sovrapposti sono stati trattati come protocollo. Elettrone fascio patterning combinato con determinazione di posizione materiale e definizione di elettrodo metallico serve quindi come il protocollo qui. Tra i due tipi di dispositivi citati, l'intero processo di transistori di retro-gated 2D a partire da trasferire film di cristallo singolo MoS2 su substrati di SiO2/Si bagnato e termina a sollevamento metalliche sono stati presentati. Il motivo perché, messa a fuoco è dato il 2D indietro gated transistori è l'urgente necessità di transistor ad effetto di campo basate su materiali 2D migliorata (FET). Di conseguenza, punti importanti relazionati al suo processo di fabbricazione saranno sottolineati nei paragrafi seguenti.
Ci sono alcuni punti difficili in ogni fase degli esperimenti. In primo luogo, la precedenza di localizzare materiale seguita dalla rimozione di PMMA è richiesta per evitare adsorbimento sfavorevole mentre esponendo i film2 MoS per aria. L'adsorbimento è una delle cause di degrado delle prestazioni. Di conseguenza, cottura il campione, con una durata che si suppone per essere più di 30 min, dopo che il trasferimento sia necessario. In caso contrario, il film è facile da essere sbucciato fuori quando si dissolve PMMA con acetone dovuto la povera allegato il film e il dielettrico, che provoca la scomparsa dei fiocchi alle posizioni di destinazione. La dose di fascio di elettroni è un altro fattore critico per la modellatura. Dosaggio del fascio di elettroni ad alta non è adatto per modelli con spaziatura stretta tra elettrodi a causa dell'effetto di prossimità. D'altra parte, diminuendo il suo dosaggio può comportare l'impossibilità per realizzare il modello ideale. Messa a punto dei parametri del fascio di elettroni deve pertanto essere condotto. Fondamentalmente, un metallo sottile è preferibile per più facile decollo, e suo spessore ideale dipende l'applicazione e lo spessore del fotoresist foto. Per il transistore 2D in questo progetto, metallo spessore inferiore a 100 nm è accettabile.
Una limitazione del metodo è che l'operazione manuale è necessaria, quindi è solo adatto per scopi di ricerca. Divenuto ben sviluppati tecniche di sintesi scala wafer di questi materiali, tecnologia di semiconduttore tradizionale può assumere questo approccio. Un trade-off tra ottenere una qualità superiore ad alta risoluzione e materiale esiste anche, quando si sceglie tra imaging ottico e il metodo alternativo mediante microscopio elettronico a scansione (SEM) nella determinazione della posizione del materiale. Il metodo di imaging ottico utilizzato in questo protocollo fornisce precisione scala micrometrica per localizzare le posizioni, mentre SEM è più preciso ma potrebbe indurre danni nel materiale. Pertanto, facendo uso di imaging ottico come proposto nel protocollo è il più vantaggioso, di gran lunga.
Da anni di ricerca per il miglior modo per sviluppare nuovi materiali è indispensabile, laboratorio produzione di ambito con esperimenti pratici occupa ancora una posizione importante. Sicuramente, questo metodo può servire non solo per materiali 2D, ma anche per 1D e i materiali da scoprire in futuro, ampliando le possibilità di elettronica su scala nanometrica.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
Questo lavoro è stato supportato dal Consiglio nazionale di scienza, Taiwan sotto contratto no. PIÙ 105-2112-M-003-016-MY3. Questo lavoro inoltre è stato sostenuto in parte dai laboratori nazionali di dispositivo Nano e laboratorio di e-fascio di ingegneria elettrica dell'Università nazionale di Taiwan.
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).
