Elektrik alanı kontrol elektronik elektrolit çoğunluğuna tarafından WS₂ Nanodevices durumlarda

Bu prosedürün genel amacı, taşıyıcı numarasını kontrol etmek ve tungsten disülfür transistörlerinde elektrik alanı kaynaklı kuantum faz geçişleri elde etmek için elektrolit geçit kullanmaktır. Bu teknik, elektrik alanı kaynaklı süper iletkenlik de dahil olmak üzere kuantum faz geçişlerini elde etmek için güçlü bir strateji sağlar. Bu tekniğin ana avantajı, elektrostatik veya elektrokimyasal katkılama ile büyük taşıyıcı yoğunluğunu indükleyen, düşük öngerilim voltajı altında bile güçlü elektrik alanının üretilebilmesidir.

Nanotüp dispersiyonunu hazırlamaya başlamak için, yaklaşık 0.8 miligram tungsten disülfür nanotüpünü sekiz mililitre izopropil alkol ile birleştirin. Nanotüp tozunu izopropil alkolde dağıtmak için karışımı 20 dakika boyunca sonikleştirin. Süspansiyonun ısınmasını önlemek için, her beş dakikalık sonikasyondan sonra bir dakika dinlendirin.

Ardından, bir spin kaplayıcıyı ve bağlı vakum pompasını açın. Vakum aynasının ortasına temiz bir silikon/silikon dioksit alt tabaka yerleştirin ve yerine sabitleyin. Mililitre başına 0.1 miligram tungsten disülfür nanotüp süspansiyonunu, alt tabaka yüzeyi tamamen kaplanana kadar alt tabakaya damlalar halinde uygulayın.

Alt tabakayı 50 saniye boyunca 4.000 rpm'de döndürün. Tungsten disülfür pullarını hazırlamaya başlamak için, silikon içermeyen yapışkan bandın yapışkan tarafına küçük bir dökme tungsten disülfür numunesi yerleştirin. Yığından ince bir tungsten disülfür tabakasını mekanik olarak pul pul dökmek için bandı dikkatlice katlayın ve açın.

Pul pul dökülmüş numune bandı ince bir tabaka halinde kaplayana kadar bandı katlamaya ve açmaya devam edin. Ardından, bandı temiz bir silikon/silikon dioksit alt tabakasının silikon dioksit yüzüne nazikçe uygulayın. Tungsten disülfür pullarını alt tabakaya aktarmak için banda hafif basınç uygulayın.

Bandı alt tabakadan dikkatlice ayırın ve alt tabaka yüzeyini ince tungsten disülfür pulları ile kaplayın. Cihaz imalatına başlamak için, bir spin kaplayıcı vakum aynasının ortasına tungsten disülfür nanotüpler veya ince pullar ile kaplanmış bir silikon/silikon dioksit substratı yerleştirin. Yüzeyi kaplanana kadar alt tabakaya PMMA damlaları uygulayın.

Alt tabakayı PMMA ile düzgün bir şekilde kaplamak için alt tabakayı 50 saniye boyunca 4.000 rpm'de döndürün, böylece tungsten disülfür nanotüpleri veya pulları havaya maruz kalmaktan koruyun. PMMA kaplı alt tabakayı bir dakika boyunca 180 santigrat derecede ısıtın. Ardından, alt tabakayı bir kamera ile donatılmış bir optik mikroskop sahnesine yerleştirin.

Alt tabakayı 20X büyütmede inceleyin ve uygun boyutta altı ila 10 izole tungsten disülfür numunesi belirleyin. İzole edilen her örneğin 5X, 20X ve 100X büyütmede fotoğraflarını çekin. Ardından, CAD yazılımını açın ve alt tabaka kafes formatını yükleyin.

Örneklerin resimlerini içe aktarın ve alt tabaka üzerindeki işaretlerden her resmin boyutunu ve konumunu belirleyin. Her numunenin etrafına 1.200 mikrometre kare ve 300 mikrometre kare çizin. Örneklerin yakınındaki ince yapılar hariç, her büyük karede kapı, kaynak, drenaj ve diğer pedler dahil olmak üzere büyük ölçekli desenler tasarlayın.

Numune konumlarının hassas bir şekilde tanımlanması için her küçük kareye işaretler ekleyin. Desenler tüm örnekler için tasarlandığında, desenler ve işaretler dışındaki tüm desenleri silin. Desenleri ve işaretleri DXF dosyaları olarak dışa aktarın.

Ardından, alt tabakayı bir elektron ışını litografi cihazının numune aşamasına yerleştirin. Numune aşamasını ana hazneye yerleştirin ve hazneyi boşaltmaya başlayın. Küçük işaretlerden oluşan DXF dosyasını bir hücre dosyasına dönüştürün.

Elektron ışını litografisi için dosyayı işaretleyin ve dosyayı elektron ışını litografi cihazı için con formatında kaydedin. Ana hazne basıncı beş çarpı 10 üzeri eksi beş paskalın altına düştüğünde, cihaz yazılımını açın ve elektron tabancasını açın. Alt tabakayı küçük işaretlerle desenleyin.

Ardından, aynı işlemi kullanarak alt tabakayı daha büyük tasarımlarla hafifçe vurun. Litografi tamamlandığında, elektron demetini kapatın ve yazılımdan çıkın. Ana hazneyi havalandırın ve desenli alt tabakayı çıkarın.

30 saniye boyunca bir ila üç metil izobütil keton ve izopropil alkol karışımına daldırarak substratı geliştirin. Alt tabakayı izopropil alkolle yıkayın ve geliştirilen alt tabakayı bir nitrojen tabancasıyla kurulayın. Her örneğin 5X, 20X ve 100X büyütmede başka bir dizi fotoğrafını çekin.

Görüntüleri CAD yazılımına aktarın. Görüntüleri tasarlanmış küçük işaretleyicilerle bulun. Ardından, cihazın ince yapısını tasarlayın.

Alt tabakayı elektron ışını litografisi ile modelleyin, alt tabakayı geliştirin ve kurutun. Elektrot biriktirme işlemine başlamak için, desenli alt tabakayı bir buhar biriktirme alt tabaka tutucusuna sabitleyin. Alt tabaka tutucuyu bir transfer çubuğuna takın ve hazneyi boşaltın.

Ardından, alt tabakayı evaporatörün ana odasına yerleştirin. Alt tabaka tutucuyu döndürmeye başlayın. Ana odayı boşaltın.

Deklanşörü açın ve ilk yapışma tabakası olarak beş nanometre krom biriktirin. Ardından akımı 30 ampere yükseltin. Altını uygun biriktirme hızı ve kalınlığı ile buharlaştırın.

Biriktirmeyi sonlandırmak için deklanşörü kapatın. Akımı yavaşça sıfıra düşürün ve akım kaynağını kapatın. Ardından, alt tabaka tutucu dönüşünü durdurun.

Alt tabakayı çıkarmadan önce oda sıcaklığına soğuması için bir saat haznede dinlenmeye bırakın. Ardından, cihazın ince yapılarını açığa çıkarmaya özen göstererek pedleri ve kapı elektrotlarını bantla örtün. Elektrolit geçişi sırasında elektrotları korumak için 20 nanometrelik bir silikon dioksit tabakası biriktirin.

Elektrot biriktirmenin ardından, alt tabakayı küçük parçalara ayırarak cihazları ayırın. Kalan PMMA ve altını çıkarmak için bir cihazı oda sıcaklığında bir saat boyunca asetona batırın. Ardından cihazı izopropil alkolle yıkayın ve nitrojen tabancasıyla kurulayın.

Cihazı iletken gümüş macun ile bir talaş taşıyıcıya sabitleyin. Her bir elektrot pedini 25 mikrometre kalınlığında altın tellerle çip taşıyıcıdaki bir elektroda bağlayın. Sonra, bir cımbızı bir elektrolit çözeltisine batırın.

Elektroliti, elektrot pedlerini örtmeden cihazın ince yapısına ve kapı pedine dikkatlice uygulayın. Ardından, talaş taşıyıcıyı ölçüm sistemi numune tutucusuna sabitleyin. Numune tutucuyu sisteme yerleştirmek için transfer çubuğunu kullanın.

Odayı yüksek vakum koşullarına boşaltın. Taşıma ölçümlerini gerçekleştirmek için ölçüm yazılımı kullanın. Hem tungsten disülfür nanotüp hem de pul cihazları için ambipolar transfer eğrileri gözlendi.

Ambipolar davranış geri dönüşümlü ve tekrarlanabilirdi, bu da bu işlemlerin elektrostatik dopingden kaynaklandığını düşündürdü. Bir tungsten disülfür nanotüp cihazının kaynak-boşaltma akımı, kapı voltajı ve bekleme süresinin bir fonksiyonu olarak incelendi. İlk doygunluk davranışı elektrostatik dopingi gösterdi.

Daha yüksek kapı voltajlarında elektrokimyasal doping gözlendi. Kapı voltajı birkaç dakika boyunca sekiz voltta tutulduğunda kaynak boşaltma akımındaki dramatik artış, potasyum iyonlarının kristal yapıya zarar vermeden tungsten disülfür katmanlarına interkalasyonunu gösterdi. Tungsten disülfür pul cihazları için de benzer bir kapı tepkisi gözlendi.

Kapı voltajı altı volta yükseltildiğinde doygunluk davranışı meydana geldi, ancak taşıyıcı yoğunluğunda önemli bir değişiklik gözlenmedi. Bu davranış elektrostatik dopingin göstergesiydi. Kaynak boşaltma akımı ve taşıyıcı yoğunluğu, kapı voltajı altı voltu aştığında arttı ve bu da interkalasyonun meydana geldiğini gösterdi.

Elektrokimyasal katkılamadan sonra, hem tungsten disülfür nanotüp hem de pul cihazları düşük sıcaklıklarda süper iletkenlik gösterdi. Geliştirilmesinden sonra, bu teknik, yoğun madde fiziği ve malzeme bilimindeki araştırmacıların, elektrik alanı kaynaklı süper iletkenlik ve çeşitli malzemelerdeki yapı faz geçişleri dahil olmak üzere elektrik faz geçişlerini keşfetmelerinin yolunu açtı. Bu videoyu izledikten sonra, hem elektrostatik hem de elektrokimyasal doping için katılarda iyonik sıvı geçitin nasıl kullanılacağını iyi anlamış olmalısınız.