Yeni Malzemelerin Düşük sıcaklık Magnetotransport Ölçüm İleri Deneysel Yöntemler

Bu prosedürün genel amacı, ilginç elektronik özelliklere sahip tek katmanlı ince film malzemelerin tek kristallerinin elektriksel özelliklerini ölçmektir. Bu yöntem, nanoelektronik alanında, üst üste istiflenmiş farklı malzeme katmanlarının elektronik olarak nasıl etkileşime girdiği ve ortaya çıkan hetero-yapının ortaya çıkan elektronik davranışının ne olduğu gibi temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, taşıma ölçümü için yüksek kaliteli, hatasız, çok katmanlı numuneler üretmesidir.

Bu yöntem grafen hakkında bilgi sağlayabilse de, geçiş metali dikalkojenitleri, topolojik yalıtkanlar ve diğer katman malzemeleri gibi diğer sistemlere de uygulanabilir. Substratın hazırlanması metin protokolünde ele alınmıştır. Pullar, yüksek kaliteli, toplu bir numune olmalıdır.

Başlamak için, numune pullarını pul pul dökün. Bir x üç santimetrelik standart gofret kesme bandı hazırlayın ve serbest bırakma kağıdını soyarak bir santimetre kare yapıştırıcıyı açığa çıkarın. Yapışkan kısmı, slayttaki toplu numuneye doğru bastırın.

Yapışkan alanın çoğunun numune ile kaplandığından emin olun. Ardından, bandı başka bir parçanın yapışkan tarafına bastırın ve onları ayırın. Küp küp kesme bandına yapıştırılan numune pulları şeffaf görünene kadar bunu yapmaya devam edin.

Ardından, numune pullarının bulunduğu bandı hazırlanmış bir alt tabaka parçasına bastırın. Pulları alt tabakaya yapışmış halde bırakarak bandı soyun. Alt tabakayı mikroskop altında inceleyin.

Alt tabaka üzerine desenli konum işaretlerini kullanarak alt tabaka üzerindeki uygun bir pulun konumuna dikkat edin. Pul kalınlığını ölçmek için bir atomik kuvvet mikroskobu kullanarak devam edin. 100 nanometreden daha az kalınlıkta olmalıdır.

İsteğe bağlı olarak, bir yalıtım matrisi oluşturmak ve numuneyi alt tabakaya tutmak için numune üzerine püskürtülmüş silikon dioksit biriktirin. Birden fazla puldan oluşan heteroyapılar üretmek için pul yığınları hazırlayın. İlk olarak, metin protokolünde açıklandığı gibi şeffaf bir PDMS ve PPC mekanik damgası yapın.

Ardından, bir mikro konumlandırıcı kullanarak, damgayı heteroyapı yığınındaki ilk katmanlı malzeme pulunun üzerine yerleştirin. Ardından, örnek pul üzerindeki damgayı aşağı bastırmak için Z eksenini ayarlayın. Bu adım, numune pulları ile temas ettiğinde PPC PDMS'nin rengindeki küçük değişikliklere karşı sabır, hassasiyet ve dikkatli dikkat gerektirir.

Ardından, numunenin altında bir rezistans ısıtıcısı kullanarak numuneyi yaklaşık 40 santigrat dereceye ısıtın. Bu, PPC ile numune arasındaki çekimi artırır. İki dakika ısıttıktan sonra, damgayı yavaşça kaldırın.

Numune pulu PPC'ye takılmalıdır. Şimdi, ekli numune pulu ile mekanik damgayı, yığında kullanılacak bir sonraki katmanlı malzeme pulunun üzerine yerleştirin. Hizalamayı dikkatlice izleyin ve eklenen pul bir sonraki pul ile temas edene kadar damgayı yavaşça indirin.

Ardından, numuneye hafifçe bastırın. Ardından, numuneyi tekrar iki dakika boyunca 40 santigrat dereceye ısıtın. Ardından, damgayı yavaşça yukarı kaldırın ve bir sonraki numune pulu bir yığın oluşturacak şekilde takılmalıdır.

İstenen boyutta yığın tamamlanana kadar bu işlemi tekrarlayın. Şimdi, önce damgayı yeni alt tabaka parçasına hafifçe bastırarak heteroyapı yığınını yeni bir alt tabakaya aktarın. Ardından, damgayı ve alt tabakayı beş dakika boyunca 100 santigrat dereceye ısıtın.

Hala 100 santigrat derecedeyken, yığını alt tabaka üzerinde bırakarak damgayı yavaşça kaldırın. Bu protokolün ilk adımı, elektron ışını litografisi için bir tasarım hazırlamak için numunenin 20 X ve 100 X büyütme görüntülerinin kullanılmasını içerir. Sonuç, altı terminalli bir Hall bar tasarımıdır.

Bir sonraki adım, tasarımı PMMA'da modellemektir. İlk olarak, 950.000 moleküler ağırlığa sahip bir PMMA katmanını, iki dakika boyunca 5.000 RPM'de dört inçlik bir gofret üzerine döndürün. Ardından gofreti 180 derecede iki dakika pişirin.

Ve kullanmadan önce birkaç dakika daha soğumaya bırakın. Şimdi, numuneyi elektron ışını litografi sistemine yükleyin. Ve standart protokolleri izleyerek, deseni PMMA kodlu gofret üzerine yazdırın.

Ardından, numuneyi bir Hall bar mesa'ya kazıyın. Daha önce maskelenmiş deseni kullanarak numuneyi bir Hall çubuğuna kazımak için reaktif bir iyon aşındırma sistemi kullanın. Aşındırma tamamlandıktan sonra, PMMA'yı asetonla çıkarın, ardından izopropanol ile durulayın ve ardından su ile durulayın.

E-kiriş direnç maskesini hazırlamak için, metal kontakların biriktirilmesi için iki kat PMMA kullanın. İlk katı 495.000 moleküler ağırlığa sahip PMMA kullanarak ve moleküler ağırlığı 950.000 olan ikinci katı yapın. Ardından, gofret üzerinde bir temas deseni oluşturmak için daha önce olduğu gibi elektron ışını litografi sistemini kullanın.

Son adımlar, bir elektron ışını evaporatörü ve ardından bir metal kaldırma kullanarak numune üzerine krom altın metali biriktirmektir. Bu işlemler metin protokolünde ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Manyetotransport deneyi için, önce fabrikasyon numune ile bir elektrikli taşıma paketi hazırlayın.

Ardından, paketi prob ucuna sıkıca takın. Ardından, tüm teşhis cihazlarını proba bağlayın. Sıcaklık kontrol kanalına ve elektrik ölçüm kanallarına güvenli bağlantılar.

Şimdi, hava kilidini boşaltın ve prob ucunu takın ve bir cl kullanarak yerine kilitleyin.amp ve bir o-ring. Ardından, taşıma ölçümlerini belirli prob tipine göre ayarlayın. Ardından, bir vakum pompası kullanarak hava kilidindeki havayı ve su buharını gerektiği kadar dışarı pompalayın.

Değişimi kapatın ve hava kilidi valflerini kapatın. Şimdi, hava kilidi alanını ölçüm alanından ayıran valfleri açın. Bir sonraki adım, prob alanına gerekli hacimde gaz vermektir.

Şimdi, mini sorb ve ana sorb sıcaklıklarını gerektiği gibi ayarlayın. Ve probu yavaşça ölçüm alanının merkezine indirin. Ardından, sistemi prob tipine göre sıfıra yakın Kelvin'e gönderin.

Sıcaklık düştüğünde, çeşitli sıcaklıklarda, manyetik alanlarda, kapı voltajlarında vb. taşıma ölçümleri almaya başlayın. Bir Hall bar cihazı, açıklandığı gibi, düşük sıcaklıkta bir manyetotransport deneyi için altıgen bor nitrür üzerine yığılmış grafen içinde modellendi. Bu şema, Landau seviyelerinden ortaya çıkan Landauer-Butikker aşındırma durumlarını göstermektedir.

Bu aşındırma durumları, ölçülen Hall dirençlerinin değerlerini hesaplamak için bir taşıma mekanizması sağlar. Deneysel çevreler, cihazın 12 Tesla kadar yüksek manyetik alanlara, sıfır nokta üç Kelvin kadar düşük sıcaklıklara ve 30 volt kadar yüksek kapı voltajlarına maruz bırakılmasını içeriyordu. Ölçülen Hall direncinin platoları Landau seviyesi dolgusuna karşılık gelir.

Bu, kuantum Hall etkisinin model bir örneğidir. Altı Tesla'da, Hall direnci ve uzunlamasına direnç, grafen üzerindeki kuantum Hall etkisini tanımlamak için arka kapı voltajının fonksiyonları olarak incelendi. Bu videoyu izledikten sonra, numune pul pul dökülme, mikropozisyoner ve mikroskop kullanarak pul istifleme ve gelişmiş nanofabrikasyon araçları yoluyla taşıma ölçümü için yüksek kaliteli, hatasız, çok katmanlı numunelerin nasıl üretileceğini iyi anlamış olmalısınız.

Bu prosedürü denerken, sabırlı ve kesin olmayı unutmamak önemlidir. Geliştirilmesinden sonra, bu teknikler nanoelektronik alanındaki araştırmacıların grafen ve grafen çubuk nitrür heteroyapılarındaki nuvo kuantum davranışlarını keşfetmelerinin yolunu açıyor.