Name: Preparação da grande-área Vertical 2D cristal Hetero-estruturas através da Sulfurization dos filmes de Metal de transição para a fabricação de dispositivo (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-11-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 50 s
Description: Aprenda a fabricar heteroestruturas verticais de cristais 2D de grande área através da sulfurização de filmes de metais de transição. Este método permite controlar precisamente o número de camadas e melhora o desempenho de transistores.

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Este trabalho foi financiado em parte por projetos mais 105-2221-E-001-011-MY3 e mais 105-2622-8-002-001 financiado pelo Ministério de ciência e tecnologia, Formosa e em parte pelo projecto focado, financiado pelo centro de pesquisa de ciências aplicadas, Academia Sinica, Taiwan.

1. crescimento Individual material 2D (MoS2 e WS2)
<ol><li>
Deposição de metal de transição, usando um sistema que sputtering de RF
	<ol>
<li>Um substrato de2 safira limpo 2 x 2 cm é colocado no porta-amostra com o lado polido em direção os alvos do sistema de pulverização catódica para a deposição de metais de transição. Substratos de safira são escolhidos devido à estabilidade química do safira em altas temperaturas e superfícies atômica bemol.</li>
		<li>Bomba de pulverização catódica câmara de 3 x 10-6 torr sequencialmente utilizando uma bomba mecânica, seguida por uma bomba de difusão.</li>
		<li>Injetar o gás de Ar no sistema de pulverização catódica e manter o fluxo de gás em 40 mL/min, utilizando um controlador de fluxo de massa (MFC).</li>
		<li>Manter a pressão da câmara em 5 x 10-2 torr usando uma válvula de controle de pressão manual e inflamar o plasma de Ar. Manter a potência de saída em 40 w.</li>
		<li>Diminua a pressão da câmara de 5 x 10-3 torr usando uma roda manual válvula de assento angular.</li>
		<li>Manualmente, abra o obturador entre o substrato de safira e o alvo de metal de 2 polegadas e iniciar a deposição de metais. Durante o processo de deposição, manter o poder de pulverização catódica em 40 W para Mo e W. A pressão de fundo deve é mantida a 5 × 10-3 torr com 40 mL/min de fluxo de gás de Ar.</li>
		<li>Controle o tempo de pulverização catódica para depositar metal de transição filmes com espessuras diferentes. Devido a espessura do metal fina, pulverização catódica vezes proporcionará melhor controle sobre a espessura da película do que as leituras do ressonador de cristal de quartzo. Nota: Os números de camada de MoS2 e WS2 crescido usando o método discutido no manuscrito atual são proporcionais aos tempos sputtering dos filmes pre-depositados Mo e W. A determinação de sputtering vezes obter MoS2 e WS2 com números exigidos camada baseia-se as imagens de microscopia eletrônica (HRTEM) transversal de transmissão de alta resolução para amostras com diferentes tempos de pulverização catódica. No entanto, se os filmes previamente depositados, Mo e W são muito espessos, Mo e W segregação de óxido se tornará o mecanismo de crescimento dominante, em vez de planar MoS2 e crescimento de filme WS2 . Portanto, a proporcionalidade dos números de camada com os tempos de sputtering é limitada a alguns-camada TMDs. Com a condição de crescimento de MoS2 no manuscrito atual, os números de camada será proporcionais às vezes sputtering quando o filme de2 MoS é menos de 10 camadas. Pulverização catódica são 30 s para o crescimento da camada 5 MoS2.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
O sulfurization do filme metal de transição
	<ol>
<li>Coloque os substratos safira com filmes de metal de transição previamente depositado no centro de um forno quente para sulfurization.</li>
		<li>Coloque o pó de enxofre (S) montante do fluxo de gás, 2 cm de distância da zona de aquecimento do forno. Nesta posição, a temperatura de evaporação para o pó de S será 120 ° C quando a temperatura do substrato aumenta a 800 ° C. Controle com precisão o peso do pó de S para diferentes metais de transição para sulfurization. No trabalho, o peso do pó de S é 1,5 g para Mo e 1,0 g por W. Nota: Podemos determinar quantidades de enxofre em pó para a preparação de MoS2 e filmes de2 WS baseados nos resultados obtidos para cada material preparado usando diferentes quantidades de pó de enxofre.</li>
		<li>Mantenha a pressão da fornalha 0,7 torr. Durante o procedimento de sulfurization, 130 mL/min de gás de Ar foi usado como gás de transporte.</li>
		<li>Rampa a temperatura do forno de temperatura de 800 ° C em 40 min com uma taxa de subida de temperatura de 20 ° C/min. manter a temperatura a 800 ° C até que o pó de enxofre é totalmente evaporado. Depois disso, a potência do aquecedor é desligada para abaixar a temperatura do forno. Demora cerca de 30 a 40 min para a fornalha para atingir a temperatura de 800 ° C.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Realize medições de espectro Raman usando um 488 nm laser15,16,17. Obter as imagens HRTEM transversais para verificar os números de camada dos cristais 2D15,16,17.</li>
</ol>2. o crescimento da WS2/MoS2 Vertical único Hetero-estrutura
Nota: Esta seção é usada para criar um único hétero-estrutura composta por uma camada de safira com 5 camadas de MoS2 e 4 camadas de WS2.
<ol><li>Siga o mesmo procedimento como passo 1.1. Depositar o filme Mo no substrato safira usando o sistema com um 30 que sputtering RF s tempo que sputtering.</li>
	<li>Sulfurize filme Mo seguindo os mesmos procedimentos de sulfurization como passo 1.2 para o crescimento de MoS2. Cinco camadas de MoS2 serão obtidas após o procedimento de sulfurization.</li>
	<li>Siga os mesmos procedimentos como passo 1.1. Depositar o filme de W no MoS2/safira substrato utilizando o sistema com um 30 que sputtering RF s tempo que sputtering.</li>
	<li>Sulfurize o filme W seguindo o mesmo procedimento de sulfurization de etapa 1.2 para o crescimento da WS2. Quatro camadas de WS2 serão obtidas em cima do MoS2 após o procedimento de sulfurization. Nota: O processo de deposição e sulfurization metal é o mesmo que o material individual. A pulverização catódica dos filmes Mo e W são determinados dependendo os números necessários camada de MoS2 e WS2 camadas. Duplo - multi-hetero-estruturas ou pode ser estabelecido por repetir o mesmo processo de crescimento. A sequência dos TMDs na hetero-estruturas verticais também pode ser alterada dependendo da estrutura da amostra.</li>
</ol>3. a transferência de filme e procedimentos de fabricação do dispositivo
<ol><li>
O filme de transferir o procedimento dos filmes 2D cristal
	<ol>
<li>Rotação revestir três gotas de poly(methyl methacrylate) (PMMA) sobre o filme de DTM para cobrir todo o filme em temperatura ambiente. As velocidades de rotação de dois estágios do spinner são 500 rpm para 10 s e 800 rpm por 10 s. Após a cura a 120 ° C por 5 min, a espessura PMMA é cerca de 3 µm.</li>
		<li>Coloca a amostra PMMA/DTM/safira em uma placa de Petri que é preenchido com água desionizada (DI).</li>
		<li>Descole um canto do filme PMMA/DTM da safira substrato usando uma pinça em água DI.</li>
		<li>Aqueça 250 mL de solução aquosa de 1m KOH (Pelotas KOH de 14 g misturadas com 250 mL de água) num copo de 100 ° C. Mover a amostra na solução aquosa de KOH aquecida e continuar descascando o filme PMMA/DTM, até que o filme é completamente descascado fora do substrato. Peeling requer cerca de 1 minuto para concluir.</li>
		<li>Use um substrato safira separado para colher-se o filme PMMA/DTM a partir da solução KOH. Mova o filme para um copo de 250 mL, preenchido com água para lavar o resíduo KOH sobre o filme. Nesta fase, a adesão entre o filme PMMA/DTM e o substrato safira para colher o filme é fraca. Portanto, o filme irá anexar eliminação de safira substrato após imersão em água DI.</li>
		<li>Repita os passos 3.1.4 - 3.1.5 três vezes usando o novo DI água para certificar-se que a maioria do resíduo KOH é removido do filme. Nota: A adesão entre cada camada de DTM é mais forte que TMDs com o substrato de safira. Portanto, o mesmo procedimento de transferência pode ser aplicado para materiais individuais MoS2/WS2 ou suas hetero-estruturas. Os filmes 2D cristal vão ser completamente descascados do substrato, que é semelhante para o peeling da MoS2/graphene hétero-estrutura discutido em uma anterior publicação18. Dependendo da finalidade da transferência do filme, o substrato mencionado nesta etapa pode ser um substrato de safira ou um SiO2/Si substrato com eletrodos previamente depositados, conforme descrito no passo 3.2. Outros substratos também podem ser usados para essa finalidade.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
A fabricação de transistores cristal 2D.
	<ol>
<li>Use fotolitografia padrão para definir padrões de eletrodo em SiO2/Si substratos15,16,17. Fonte e o dreno eletrodos feitos de titânio de nm 10 (Ti) ou 100 nm ouro (Au) são fabricados em um substrato de Si 300 nm SiO2/p-type.</li>
		<li>Mergulhe o SiO2/Si substrato com pre-modelado eletrodos fonte/dreno para o copo cheio de água DI e anexar para o lado de DTM do filme PMMA/DTM como preparado no passo 3.1.</li>
		<li>Asse a amostra a 100 ° C por 3 min, depois que o filme é anexado ao SiO2/Si substrato, para retirar os resíduos de água.</li>
		<li>Pinga três gotas de PMMA na amostra com o filme PMMA/DTM para cobrir toda a superfície e fazer o filme mais firmemente ligado ao substrato.</li>
		<li>Coloca a amostra em um armário seco eletrônico pelo menos 8 h antes de passar para a próxima etapa.</li>
		<li>Encha dois copos de 250ml diferentes com acetona. Mergulhe o exemplo anexado com o filme PMMA/DTM sequencialmente para os dois copos diferentes cheios de acetona para 50 e 10 min, respectivamente, para remover a camada superior de PMMA.</li>
		<li>Defina o canal de transistor usando padrão foto-litografia e gravura reativa-íon15,16,17. Porta traseira-MoS2 e WS2/MoS2 hetero-estrutura transistores são fabricados15,16,17. O comprimento do canal e largura dos dispositivos são 5 e 150 μm, respectivamente.</li>
		<li>Use um instrumento de sourcemeter do sistema dual-channel para medir as características de corrente-tensão dos transistores15,16,17.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Moldt, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Yield+Production+and+Transfer+of+Graphene+Flakes+Obtained+by+Anodic+Bonding%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">High-Yield Production and Transfer of Graphene Flakes Obtained by Anodic Bonding.</a> ACS Nano. 5, 7700-7706 (2011).</li>
<li>Choi, W., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201201909/abstract">High-Detectivity Multilayer MoS2 Phototransistors with Spectral Response from Ultraviolet to Infrared.</a> Adv. Mater. 24, 5832-5836 (2012).</li>
<li>Liu, H., Neal, A. T., Ye, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Channel+Length+Scaling+of+MoS2+MOSFETs%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Channel Length Scaling of MoS2 MOSFETs.</a> ACS Nano. 6, 8563-8569 (2012).</li>
<li>Wang, Q. H., Kalantar-Zadeh, K., Kis, A., Coleman, J. N., Strano, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronics+and+optoelectronics+of+two-dimensional+transition+metal+dichalcogenides%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides.</a> Nat. Nanotechnol. 7, 699-712 (2012).</li>
<li>Radisavljevic, B., Radenovic, A., Brivio, J., Giacometti, V., Kis, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-layer+MoS2+transistors%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Single-layer MoS2 transistors.</a> Nat. Nanotechnol. 6, 147-150 (2011).</li>
<li>Lee, Y. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+Large-Area+MoS2+Atomic+Layers+with+Chemical+Vapor+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Synthesis of Large-Area MoS2 Atomic Layers with Chemical Vapor Deposition.</a> Adv. Mater. 24, 2320-2325 (2012).</li>
<li>Yu, Y., Li, C., Liu, Y., Su, L., Zhang, Y., Cao, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+Scalable+Synthesis+of+Uniform%2C+High-Quality+Monolayer+and+Few-layer+MoS2+Films%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Controlled Scalable Synthesis of Uniform, High-Quality Monolayer and Few-layer MoS2 Films.</a> Sci. Rep. 3, 1866(2013).</li>
<li>Ling, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+the+Seeding+Promoter+in+MoS2+Growth+by+Chemical+Vapor+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Role of the Seeding Promoter in MoS2 Growth by Chemical Vapor Deposition.</a> Nano Lett. 14, 464-472 (2014).</li>
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<li>Lin, M. Y., Su, C. F., Lee, S. C., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4883359">The Growth Mechanisms of Graphene Directly on Sapphire Substrates using the Chemical Vapor Deposition.</a> J. Appl. Phys. 115, 223510(2014).</li>
<li>Wu, C. R., Chang, X. R., Chang, S. W., Chang, C. E., Wu, C. H., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3727/48/43/435101/meta">Multilayer MoS2 prepared by one-time and repeated chemical vapor depositions: anomalous Raman shifts and transistors with high ON/OFF ratio.</a> J. Phys. D Appl. Phys. 48, 435101(2015).</li>
<li>Li, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epitaxial+growth+of+a+monolayer+WSe2-MoS2+lateral+p-n+junction+with+an+atomically+sharp+interface%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Epitaxial growth of a monolayer WSe2-MoS2 lateral p-n junction with an atomically sharp interface.</a> Science. 349, 524-528 (2015).</li>
<li>Zhan, Y., Liu, Z., Najmaei, S., Ajayan, M. P., Lou, J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201102654/abstract">Large-area vapor-phase growth and characterization of MoS2 atomic layers on a SiO2 substrate.</a> Small. 8, 966(2012).</li>
<li>Woods, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.5b06126">One-Step Synthesis of MoS2/WS2 Layered Heterostructures and Catalytic Activity of Defective Transition Metal Dichalcogenide Films.</a> ACS Nano. 10, 2004-2009 (2016).</li>
<li>Wu, C. R., Chang, X. R., Wu, C. H., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28176836">The Growth Mechanism of Transition Metal Dichalcogenides using Sulfurization of Pre-deposited Transition Metals and the 2D Crystal Hetero-structure Establishment.</a> Sci. Rep. 7, 42146(2017).</li>
<li>Chen, K. C., Chu, T. W., Wu, C. R., Lee, S. C., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6463/aa52b6/pdf">Layer Number Controllability of Transition-metal Dichalcogenides and The Establishment of Hetero-structures using Sulfurization of Thin Transition Metal Films.</a> J. of Phys. D: Appl. Phy. 50, 064001(2017).</li>
<li>Wu, C. R., Chang, X. R., Chu, T. W., Chen, H. A., Wu, C. H., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Establishment+of+2D+Crystal+Heterostructures+by+Sulfurization+of+Sequential+Transition+Metal+Depositions%3A+Preparation%2C+Characterization%2C+and+Selective+Growth%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Establishment of 2D Crystal Heterostructures by Sulfurization of Sequential Transition Metal Depositions: Preparation, Characterization, and Selective Growth.</a> Nano Lett. 16, 7093-7097 (2016).</li>
<li>Lin, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4893448">Toward epitaxially grown two-dimensional crystal hetero-structures: Single and double MoS2/graphene hetero-structures by chemical vapor depositions.</a> Appl. Phys. Lett. 105, 073501(2014).</li>
<li>Lee, C., Yan, H., Brus, L. E., Heinz, T. F., Hone, J., Ryu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anomalous+Lattice+Vibrations+of+Single+and+Few-Layer+MoS2%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Anomalous Lattice Vibrations of Single and Few-Layer MoS2.</a> ACS Nano. 4, 2695-2700 (2010).</li>
<li>Chen, K. C., Chu, T. W., Wu, C. R., Lee, S. C., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1583/aa75a7">Atomic Layer Etchings of Transition Metal Dichalcogenides with Post Healing Procedures: Equivalent Selective Etching of 2D Crystal Hetero-structures.</a> 2D Mater. 4, 034001(2017).</li>
</ol>

Os autores não têm nada para divulgar.

Em comparação com materiais semicondutores convencionais como Si e GaAs, a vantagem dos materiais 2D para aplicativos de dispositivo reside na possibilidade de fabricação de dispositivo com corpos muito finas até várias camadas atômicas. Quando a indústria de Si avança para o < 10 nó de tecnologia nm, a alta proporção de fin de Si FET fará com que a arquitetura do dispositivo inadequado para aplicações práticas. Assim, materiais 2D surgiram devido a seu potencial para substituir a Si para aplicativos de dispositivo eletr...

Uma das abordagens mais comuns para obter filmes 2D cristal está usando esfoliação mecânica de granel materiais1,2,3,4,5. Embora filmes cristal 2D com alta qualidade cristalina podem ser facilmente obtidos usando esse método, escalável cristal 2D filmes não são disponíveis através desta abordagem, o que é desvantajosa para aplicações práticas. Foi demonstrado em publicações anteriores que usando a deposição de vapor químico (CVD), filmes de grande área e uniforme cristal 2D podem ser preparado6,7,8,9. Crescimento direto de grafeno sobre substratos safira e filmes de2 camada-número-controláveis MoS preparados, repetindo o mesmo ciclo de crescimento são também demonstrada usando a técnica de crescimento do CVD10,11. Em uma recente publicação, WSe no plano2/MoS2 flocos de hetero-estrutura também são fabricados usando o CVD crescimento técnica12. Embora a técnica de crescimento de CVD é promissor no fornecimento de filmes de cristal 2D escaláveis, a grande desvantagem dessa técnica de crescimento é que diferentes precursores tem que ser localizado para cristais 2D diferentes. As condições de crescimento também variam entre diferentes cristais 2D. Neste caso, os procedimentos de crescimento vão se tornar mais complicados quando a demanda cresce para hetero-estruturas de cristal 2D.
Comparado com a técnica de crescimento de DCV, o sulfurization dos filmes de metal de transição previamente depositada tem prevista uma abordagem semelhante, mas muito mais simples crescimento TMDs13,14. Desde que o processo de crescimento envolve apenas a deposição de metais e o procedimento a seguir sulfurization, é possível crescer TMDs diferentes através dos mesmos procedimentos de crescimento. Por outro lado, a controlabilidade número de camada dos cristais 2D também pode ser alcançada alterando as espessuras de metal de transição previamente depositado. Neste caso, o crescimento otimização e camada número controle para baixo para uma única camada são necessários para diferentes TMDs. compreender mecanismos de crescimento também é muito importante para o estabelecimento de complicado DTM hetero-estruturas usando esse método.
Neste papel, MoS2 e WS2 filmes são preparados sob procedimentos semelhantes de crescimento da deposição metal seguido o procedimento de sulfurization. Com os resultados obtidos com o sulfurization dos filmes de Mo em condições suficientes e deficiente de enxofre, dois mecanismos de crescimento são observados durante o procedimento de sulfurization15. Sob a condição suficiente de enxofre, um filme de2 MoS camada-número-controláveis e uniforme pode ser obtido após o procedimento de sulfurization. Quando a amostra é sulfurizada sob a condição de deficiente de enxofre, o enxofre do fundo não é suficiente para formar um filme de2 MoS completo, tal que a segregação de óxido de Mo e coalescência será o mecanismo dominante na fase inicial de crescimento. Uma amostra com clusters de óxido Mo coberto por poucas camadas de MoS2 será obtida após o procedimento de sulfurization15. Através da deposição de metal sequencial e seguir os procedimentos sulfurization, WS2/MoS2 hetero-estruturas verticais com controlabilidade número de camada para baixo a uma única camada pode ser preparado de15,16. Usando esta técnica, uma amostra é obtida em uma única carcaça safira com quatro regiões: (I) em branco safira substrato, (II) standalone MoS2, (III) WS2/MoS2 hetero-estrutura e (IV) standalone WS217 . Os resultados demonstram que a técnica de crescimento é vantajosa para o estabelecimento de hetero-estrutura de cristal 2D vertical e é capaz de um crescimento seletivo. As performances de dispositivo aprimorado de hetero-estruturas de cristal 2D marcará o primeiro passo para aplicações práticas para cristais 2D.

<table><tbody><tr><td>Sistema de pulverização catódica</td><td>de RF Kao Duen Technology</td><td>N / A</td><td></td></tr><tr><td>Forno para sulfurização</td><td>Criação de nano tecnologias</td><td>N / A</td><td></td></tr><tr><td>Polimetilmetacrilato (PMMA)</td> <td>Microchem</td><td>8110788</td><td>KOH inflamável</td></tr><tr><td>, > 85%</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>30603</td><td></td></tr><tr><td>Acetona, 99,5%</td> <td>Echo Chemical</td><td>CMOS110</td><td></td></tr><tr><td>Enxofre (S), 99,5%</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>13803</td><td></td></tr><tr><td>Molibdênio (Mo), 99,95%</td> <td>Summit-Tech</td><td>N / A</td><td></td></tr><tr><td>Tungstênio (W), 99,95%</td> <td>Summit-Tech</td><td>N / A</td><td></td></tr><tr><td>C-plane Substrato de safira</td><td>Summit-Tech</td><td>X171999</td> <td>(0001) &plusmn; 0,2 & um lado polido</td></tr><tr><td>300 nm SiO2 / Si substrato</td><td>Summit-Tech</td><td>2YCDDM</td><td>Substrato de Si tipo P, resistividade: 1-10 &Omega; &middot; cm.</td></tr><tr><td>Suporte de amostra (sistema de pulverização catódica)</td><td>Kao Duen Tecnologia</td><td>N/A</td><td>Material cerâmico</td></tr><tr><td>Bomba mecânica (sistema de pulverização catódica)</td><td>Ulvac</td><td>D-330DK</td><td></td></tr><tr><td>Bomba de difusão (sistema de pulverização catódica)</td><td>Ulvac</td><td>ULK-06A</td><td></td></tr><tr><td>Controlador de fluxo de massa</td><td>Brooks</td><td>5850E</td><td>O fluxo máximo de argônio é de 400 mL/min</td></tr><tr><td>Roda manual Válvula de gatilho angular</td><td>King Lai</td><td>N / A</td><td>Faixa de vácuo de 2500 ~ 1 &vezes; 10-8 torr</td></tr><tr><td>Sistema de medição Raman</td><td>Horiba</td><td>Jobin Yvon LabRAM HR800</td><td></td></tr><tr><td>Microscopia eletrônica de transmissão</td><td>Fei</td><td>Tecnai G2 F20</td><td></td></tr><tr><td>Placa de Petri</td><td>Kwo Yi</td><td>N / A</td><td></td></tr><tr><td>Pinça</td><td>Venus</td><td>2A</td><td></td></tr><tr><td>Armário seco digital</td><td>Jwo Ruey Technical</td><td>DRY-60</td><td></td></tr><tr><td>Medidor de fonte de sistema de canal duplo</td><td>Keithley</td><td>2636B</td><td></td></tr></tbody></table>

preparação da grande-área vertical 2d cristal hetero-estruturas através da sulfurization dos filmes de metal de transição para a fabricação de dispositivo

Preparation of Large-area Vertical 2D Crystal Hetero-structures Through the Sulfurization of Transition Metal Films for Device Fabrication

Nós têm demonstrado que através da sulfurization dos filmes de metal de transição, tais como molibdênio (Mo) e o tungstênio (W), grande área e uniforme de metal de transição dichalcogenides (TMDs) MoS2 e WS2 pode ser preparada em substratos de safira. Controlando as espessuras de película do metal, controlabilidade número boa camada, até uma única camada de TMDs, pode ser obtida usando esta técnica de crescimento. Com base nos resultados obtidos a partir do filme de Mo sulfurizado sob a condição de deficiente de enxofre, existem dois mecanismos de crescimento de2 MoS (a) planar e (b) segregação de óxido Mo observada durante o procedimento de sulfurization. Quando o enxofre do fundo é suficiente, o crescimento de DTM planar é o mecanismo de crescimento dominante, que resultará em um filme de2 MoS uniforme após o procedimento de sulfurization. Se o enxofre do fundo é deficiente, segregação de óxido de Mo será o mecanismo de crescimento dominante na fase inicial do processo de sulfurization. Neste caso, a amostra com clusters de óxido Mo coberto com camada alguns MoS2 será obtida. Após a deposição de Mo sequencial/sulfurization e procedimentos de deposição/sulfurization W, vertical WS2/MoS2 hetero-estruturas são estabelecidos usando esta técnica de crescimento. Picos Raman correspondente ao WS2 e MoS2, respectivamente e o número da camada idêntica da hetero-estrutura com o somatório dos materiais individuais 2D confirmaram a criação bem sucedida do cristal 2D vertical hetero-estrutura. Após a transferência o WS2película de2 /MoS sobre um substrato de /Si SiO2com eletrodos de fonte/dreno previamente padronizada, um transistor da porta inferior é fabricado. Comparado com o transistor com apenas2 canais de MoS, as correntes de descarga maiores do dispositivo com o WS2/MoS2 hetero-estrutura que comparecemos com a introdução da hetero-estruturas de cristal 2D, dispositivo superior desempenho pode ser obtido. Os resultados revelaram o potencial desta técnica de crescimento para a aplicação prática dos cristais 2D.

O espectro Raman e imagens HRTEM transversais do individual MoS2 e WS2 fabricado usando o sulfurization de pre-depositados metais de transição são mostradas na Figura 1a-b17, respectivamente. Observam-se dois picos característicos de Raman para MoS2 e WS2, que correspondem a no plano <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56494/56494eq1.jpg"> e fora-de-avião um1G</...

Através do sulfurization de metais de transição previamente depositados, hetero-estruturas de grande área e vertical cristal 2D podem ser fabricados. O filme de transferência e os procedimentos de fabricação do dispositivo também são demonstrados neste relatório.

Preparação da grande-área Vertical 2D cristal Hetero-estruturas através da Sulfurization dos filmes de Metal de transição para a fabricação de dispositivo

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition ...

O objetivo geral desta técnica de crescimento é estabelecer heteroestruturas cristalinas 2D verticais complexas, com bom controle sobre o número de camadas 2D, usando procedimentos de crescimento semelhantes para cada material. A principal vantagem dessa técnica simples é que ela usa procedimentos de crescimento semelhantes para diferentes materiais 2D e tem boa capacidade de controle do número de camadas. Essa técnica pode ajudar a investigar aplicações práticas de heteroestruturas verticais de materiais 2D, pois pode produzir heteroestruturas de cristal 2D verticais maiores com propriedades de transitor aprimoradas em comparação com estruturas de material único.Para iniciar o procedimento, monte um substrato de safira de dois centímetros por dois centímetros no estágio de amostra de um sistema de pulverização catódica de RF, com o lado polido voltado para o alvo de molibdênio. Bombear a câmara de recolha para três vezes 10 elevado a seis tores negativos. Injete gás argônio no sistema a 40 mililitros por minuto e certifique-se de que a pressão da câmara seja estável em cinco vezes 10 para os dois tores negativos.Acenda o plasma e defina a potência de saída para 40 watts. Reduza a pressão da câmara para cinco vezes 10 elevado a três tores negativos. Em seguida, abra manualmente o obturador alvo de molibdênio e deposite o metal por 30 segundos.Certifique-se de que a saída de energia permaneça constante durante a deposição. Quando a pulverização catódica terminar, coloque o substrato em um porta-amostras de um litro com o filme de metal voltado para cima. Coloque o substrato no centro da zona de aquecimento de um forno tubular calibrado.Coloque 1,5 gramas de pó de enxofre em um barco de aquecimento de alumina. Coloque o barco dois centímetros a montante da zona de aquecimento de modo que a temperatura do enxofre seja de 120 graus Celsius quando o substrato atingir 800 graus Celsius. Feche e bombeie o forno cinco vezes 10 para os três tores negativos.Em seguida, flua gás argônio através do forno a 130 mililitros por minuto. Certifique-se de que a pressão do forno se estabilize em 0.7 tores. Aumente o forno da temperatura ambiente para 800 graus Celsius a 20 graus Celsius por minuto.Mantenha o forno a 800 graus Celsius até que o enxofre tenha evaporado completamente. Em seguida, desligue o calor do forno e deixe o substrato esfriar até a temperatura ambiente sob um fluxo de argônio. Em seguida, monte o substrato no sistema de pulverização catódica de RF com o filme de dissulfeto de molibdênio voltado para o alvo de tungstênio.Pulverize tungstênio no substrato por 30 segundos usando as mesmas configurações do molibdênio. Coloque o substrato revestido de tungstênio no centro da zona de aquecimento do forno e um grama de pó de enxofre dois centímetros a montante da zona de aquecimento. Sulfurize o filme de tungstênio usando os mesmos parâmetros do filme de molibdênio.Para iniciar a transferência de filme fino, gire três gotas de polimetilmetacrilato em um filme de dicalcogeneto de metal de transição preparado por 10 segundos cada a 500 e 800 rotações por minuto. Cure o PMMA a 120 graus Celsius por cinco minutos. Em seguida, coloque o substrato revestido com PMMA em uma placa de Petri cheia de água deionizada.Use uma pinça com pontas redondas e planas para descascar cuidadosamente um canto do PMMA com o filme TMD anexado do substrato. Transfira o substrato para uma solução aquosa de hidróxido de potássio de um molar aquecida a 100 graus Celsius. Lenta e cuidadosamente, retire todo o filme de PMMA TMD do substrato usando uma pinça.Retire o filme de PMMA TMD da solução de hidróxido de potássio com outro substrato de safira limpo com o lado polido voltado para o filme. Transferir a película para um copo de água desionizada. Transfira o filme para água fresca deionizada mais três vezes da mesma maneira, para garantir que o hidróxido de potássio residual seja completamente removido.Em seguida, obtenha um dióxido de silício do tipo P de 300 nanômetros de espessura em substrato de silício padronizado com eletrodos de titânio ou ouro. Mergulhe o substrato padronizado no béquer final de água deionizada e prenda cuidadosamente o filme TMD ao substrato. Asse o substrato com o filme anexado a 100 graus Celsius por três minutos para evaporar a água.Cubra a superfície do substrato com PMMA para garantir que o filme esteja firmemente preso ao substrato. Seque o substrato em uma câmara de secagem eletrônica por oito horas. Em seguida, remova a camada de PMMA e use fotolitografia e gravação de íons reativos para fabricar um transistor de heteroestrutura TMD.O mecanismo de sulfurização do molibdênio foi examinado com HRTEM. Sob condições ricas em enxofre, o enxofre substituiu rapidamente o oxigênio dos óxidos de molibdênio, formando um filme uniforme com um número controlável de camadas. A segregação e coalescência do óxido de molibdênio foi o mecanismo de crescimento inicial dominante em condições deficientes em enxofre.A espectroscopia Raman de filmes individuais de dissulfeto de molibdênio e dissulfeto de tungstênio mostrou dois picos característicos. O HRTEM mostrou cinco camadas de dissulfeto de molibdênio e quatro camadas de dissulfeto de tungstênio. A deposição sequencial de metal resultou em uma heteroestrutura vertical de dissulfeto de molibdênio de tungstênio.Ambos os conjuntos de picos característicos eram aparentes no espectro Ramen. A formação de uma heteroestrutura vertical de TMD foi suportada por corrosão atômica repetida de camadas individuais de dissulfeto de tungstênio até que apenas o dissulfeto de molibdênio permanecesse. Um transistor fabricado com uma heteroestrutura única de dissulfeto de molibdênio dissulfeto de tungstênio mostrou uma corrente de drenagem substancialmente maior quando comparado a um transistor fabricado apenas com dissulfeto de molibdênio.O transistor de heteroestrutura única teve um valor de mobilidade de efeito de campo mais alto, que pode ter sido o resultado da injeção de elétrons de dissulfeto de tungstênio para dissulfeto de molibdênio e de canais com concentrações de elétrons mais altas sob equilíbrio térmico. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como usar um equipamento e os procedimentos mostrados para estabelecer facilmente heteroestruturas verticais de materiais 2D para diferentes aplicações de dispositivos. Ao usar este protocolo, você só precisa otimizar os poderes de pulverização, os tempos de posição e as temperaturas de separação do seu equipamento para obter materiais 2D e heteroestruturas de alta qualidade.

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Preparação da grande-área Vertical 2D cristal Hetero-estruturas através da Sulfurization dos filmes de Metal de transição para a fabricação de dispositivo

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