طريقة قياسية وموثوقة لاختلاق النانو ثنائي الأبعاد

Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

المقالة تهدف إلى إدخال إجراءات تصنيع القياسية وموثوق بها لتنمية المستقبل النانو الأبعاد منخفضة.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Simbulan, K. B., Chen, P. C., Lin, Y. Y., Lan, Y. W. A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics. J. Vis. Exp. (138), e57885, doi:10.3791/57885 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

ثنائي الأبعاد (2D) المواد قد اجتذبت اهتمام كبير نظراً للخصائص الفريدة والتطبيقات المحتملة. حيث يفر مقياس توليف مواد 2D لا يزال في مراحله الوليدة، لا يمكن الاعتماد العلماء تماما على تقنيات أشباه الموصلات التقليدية للبحوث ذات الصلة. العمليات الحساسة من تحديد المواد اللازمة لتعريف القطب تحتاج إلى التحكم بشكل جيد. في هذه المقالة، مطلوب بروتوكول تصنيع عالمي في صناعة الإلكترونيات النانومترية الحجم، مثل 2D أو شبه هيتيروجونكشن القطبين الترانزستورات (س-ثنائية)، والترانزستورات 2D عن طريق بوابة العودة وأظهرت. هذا البروتوكول يتضمن تحديد الموقف المادي، والطباعة الحجرية شعاع الإلكترون (أبل)، وتعريف القطب المعدني، وآخرون. وترد أيضا سرد خطوة بخطوة إجراءات تصنيع هذه الأجهزة. وعلاوة على ذلك، تظهر النتائج أن كل من أجهزة ملفقة حققت عالية الأداء مع التكرار عالية. هذا العمل يكشف عن وصف شامل لعملية تدفق إعداد 2D نانو-إلكترونيات، تمكن مجموعات بحثية للوصول إلى هذه المعلومات، وتمهيد الطريق نحو المستقبل للإلكترونيات.

Introduction

ومنذ العقود الماضية، البشرية تشهد السريع المتناقصة في حجم الترانزستورات، ونتيجة لذلك، زيادة هائلة في عدد الترانزستور في الدوائر المتكاملة (ICs). وهذا يؤكد التقدم المستمر في التكنولوجيا القائمة على السليكون التكميلية أكسيد معدني متمم (CMOS)1. وعلاوة على ذلك، يتم هذا الاتجاه الحالي في حجم وأداء الأجهزة ملفقة لا تزال على المسار مع قانون مور، الذي ينص على أن عدد الترانزستورات في الرقائق الإلكترونية، فضلا عن أدائها، ويتضاعف تقريبا كل سنتين2. ترانزستور CMOS موجودة في معظم، أن لم يكن كل، الأجهزة الإلكترونية المتوفرة في السوق، ومما يجعلها جزءا لا يتجزأ من حياة الإنسان. ونتيجة لهذا، هناك مطالب مستمرة لإدخال تحسينات على رقاقة الحجم والأداء التي قد تم دفع الشركات المصنعة للحفاظ على أثر قانون المسار مور.

ولسوء الحظ، يبدو قانون مور أن تقترب من نهايتها بسبب كمية الحرارة المتولدة كما هو أكثر السليكون الدوائر ويضيق مساحة صغيرة2. وهذا يدعو إلى أنواع جديدة من المواد التي يمكن أن توفر نفس، أن لم يكن أفضل، أداء كالسيليكون، وفي الوقت نفسه، يمكن أن تنفذ في نطاق أضيق نسبيا. ، مواد جديدة واعدة في الآونة الأخيرة مواضيع العديد من أبحاث العلوم المادية. بعض المواد مثل أحادي البعد (1-د) الكربون الأنابيب النانوية3،4،5،،من67، الجرافين 2D8،،من910، 11 , 12و15،14،13،ديتشالكوجينيديس (TMDs) المعادن الانتقالية17،،من1618، هي المرشحين جيدة يمكن استخدامها تكون بديلاً لمنظمات الإدارة الجماعية القائمة على السليكون ومواصلة المسار قانون مور.

تصنيع الأجهزة الصغيرة يتطلب تحديد دقيق للموقع بالمواد المضي قدما بنجاح في تقنيات التصنيع الأخرى مثل الطباعة الحجرية وتعريف القطب المعدني. لذا، صمم الطريقة المعروضة في هذه الورقة تلبية هذه الحاجة. مقارنة ب تقنيات تصنيع أشباه الموصلات التقليدية19، والنهج المعروضة في هذه الورقة خياط مزودة بتطوير الأجهزة الصغيرة التي تحتاج إلى مزيد من الاهتمام من حيث إيجاد مكان للمواد. ويهدف هذا الأسلوب تلفيق موثوق نانوماتيريال 2D الأجهزة، مثل الترانزستورات 2D عن طريق بوابة العودة و Q-هبتس، باستخدام عمليات تصنيع القياسية. هذا يمكن أن تخدم كمنصة للتطورات المستقبلية نانوديفيسي كما أنه يمهد الطريق نحو إنتاج أجهزة متقدمة مستقبلا على نطاق نانو.

في المقطع الشروع، تناقش عمليات تصنيع 2D الأجهزة المستندة إلى مواد هي: Q-ثنائية والترانزستور 2D عن طريق بوابة مرة أخرى بالتفصيل. إلكترون الزخرفة شعاع جنبا إلى جنب مع تصميم الموقع المادي، وتعريف القطب المعدني يشمل البروتوكول نظراً لأنها مطلوبة في كل من العمليات المذكورة. يناقش الجزء 1 عملية التصنيع خطوة خطوة س-هبتس20؛ ويوضح الجزء 2 نهج عالمي للحصول على بخار الكيميائية ترسب (الرسوم التعويضية) ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS2) الترانزستور عن طريق بوابة العودة من نقل لانطلاقة21، الذي قد ثبت تماما في المادة. ويتضح تدفق عملية مفصلة في (الشكل 1).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. عملية تصنيع الترانزستورات 2D أو شبه هيتيروجونكشن

  1. إعداد ياقوت ج-طائرة تجارية.
    1. يغسل كل واحد--الجانب ياقوت مصقول (2 بوصة) مع الأسيتون.
    2. شطف الركيزة الياقوت مع كحول الأيزوبروبيل.
  2. تنمو موس2 على الركازة الياقوت استخدام الرسوم التعويضية في فرن حار الجدار.
    1. يقع مكان غ 0.6 الموليبدينوم (مو3) ثالث أكسيد مسحوق في قارب مرو في التدفئة مركز المنطقة من الفرن. وضع الركيزة الياقوت المصب جوار القارب الكوارتز يحتوي على مسحوق3 مو.
    2. إعداد مسحوق الكبريت (S) في قارب مرو منفصلة إلى جانب المراحل الأولى من الفرن. الحفاظ على درجة الحرارة عند 190 درجة مئوية أثناء عملية التفاعل.
    3. استخدام الأرجون (Ar = 70 sccm، 40 ميلليمتر زئبق) الغاز تدفق للأبخرة3 S ومو الركيزة الياقوت مع تدفئة منطقة مركز إلى 750 درجة مئوية.
    4. إبقاء منطقة التدفئة، بعد أن وصلت إلى درجة حرارة النمو المنشود من 750 درجة مئوية، لمدة 15 دقيقة وبعد ذلك بطبيعة الحال يبرد الفرن إلى درجة حرارة الغرفة.
  3. أداء أبل.
    ملاحظة: Au رقيقة من حوالي 5 نانومتر أودع بالاخرق لتصريف أثناء جميع العمليات أبل على الركازة ياقوت
    1. تحديد واستخدام مجهر ضوئي، منطقة تحترم فيها رقائق أحادي الطبقة2 موس، ثم تصميم تخطيط نمط الشريط لأن منطقة معينة باستخدام برامج تصميم (أوتوكاد).
    2. تدور-معطف مقاوم الضوء (PR)، على سبيل المثال بولي ميثاكريلات (البولي ميثيل ميثا اكريلات) أو P015، على رأس العينة 2000 لفة في الدقيقة 60 ثانية (درجة حرارة الغرفة). التأكد من أن العلاقات العامة قد غطت عينة كاملة بعد طلاء تدور.
    3. حرارة العينة (خبز لينة) عند 100 درجة مئوية ل 90 s أجل تتبخر المذيبات في العلاقات العامة وتحسين الالتصاق.
    4. تحويل نمط تخطيط في خطوة 1.3.1 إلى ملف معين (مثال: الملف GDS)، وتحميله في برنامج أبل.
    5. تحديد الجرعة المثالية لشعاع الإلكترون استناداً إلى عرض الخطوط في التخطيط.
      ملاحظة: لعرض الخط أضيق من 1 ميكرومتر، الجرعة المثالية لشعاع الإلكترون هو 110 µC/سم2؛ لعرض خط 1 إلى 5 ميكرومتر، هي الجرعة 100 µC/سم2؛ وبالنسبة لخط العرض أكبر من 5 ميكرومتر، الجرعة 80 µC/سم2.
    6. ابدأ تعريض العينة لشعاع الإلكترون.
    7. تطبيق خبز بعد التعرض (الجاهزة) في العينة بعد التعرض من أجل الحد من آثار موجه دائمة. حرارة العينة على 120 درجة مئوية ل 90 ثانية.
    8. استخدم تيتراميثيلامونيوم % 2.38 هيدروكسيد (تماه) كمطور. تزج العينة إلى تماه لغسل س. 80 تماه مع 200 مل مياه لمدة 10 ق.
    9. افحص إذا كان النمط راسخ بالمجهر الضوئي.
    10. إجراء خبز الثابت للتخلص من المياه الإضافية في العلاقات العامة. درجة حرارة العينة عند 110 درجة مئوية ل 90 ثانية.
  4. تعريف هياكل الشريط باستخدام 50 النقش البلازما بالأكسجين (O2) ث (1st النقش) لمدة 30 ثانية إلى 2 دقيقة وإزالة العلاقات العامة باستخدام 50 مل الأسيتون.
  5. تنمو التنغستن ديسيلينيدي (WSe2) استخدام الرسوم التعويضية في الموقع المستهدف، مما سيؤدي إلى نمو طبقة2 WSe بين المشارب2 موس الموجودة بالفعل على الركازة الياقوت مفضل.
    1. يقع مكان 0.6 جم مسحوق (WO3) ثالث أكسيد التنغستن في قارب مرو في التدفئة مركز المنطقة من الفرن. وضع الركيزة الياقوت المصب جوار القارب الكوارتز يحتوي على مسحوق3 WO.
    2. إعداد مسحوق السيلينيوم (Se) في قارب مرو منفصلة إلى جانب المراحل الأولى من الفرن. الحفاظ على درجة الحرارة عند 260 درجة مئوية أثناء عملية التفاعل.
    3. استخدام ع/ح2 (ع = 90 sccm، ح2 = 6 sccm، 20 ميلليمتر زئبق) الغاز تدفق للأبخرة3 سراج الدين والتعليم الجامعي الركيزة الياقوت مع تدفئة منطقة مركز إلى 925 درجة مئوية.
    4. إبقاء منطقة التدفئة، بعد أن وصلت إلى درجة حرارة النمو المنشود 925 درجة مئوية، لمدة 15 دقيقة وبعد ذلك بطبيعة الحال يبرد الفرن إلى درجة حرارة الغرفة.
  6. اختﻻق صفائف لوحة معدنية وعلامات المحاذاة.
    1. تراكب أنماط صفائف لوحة معدنية ومحاذاة علامات استخدام تقنية الزخرفة التصويرية.
    2. إيداع 20 نانومتر nm/60 منظمة الشفافية الدولية والاتحاد الأفريقي باستخدام بندقية الإلكترون مبخر.
      ملاحظة: يتم استخدام الذهب لتجنب أكسدة منصات معدنية.
    3. إعداد وغمر العينة إلى 100 مل الأسيتون حل العلاقات العامة والقيام بانطلاقة. هزة وضربه الأسيتون أثناء مراقبة العملية بأكملها عن طريق الفحص المجهري الضوئي حتى تصبح منصات معدنية واضحة.
  7. تنفيذ عملية أبل أخرى تراكب نمط شكل شريط على رأس هيتيروجونكتيون2 -WSe2موس.
    1. قياس تشريد تنسيق بين المواقع المستهدفة في هيتيروجونكشن2 -WSe2موس والمحاذاة علامات باستخدام المجهر الضوئي وتصميم تخطيط الشريط-الشكل على أساس هذه القياسات باستخدام برمجيات (أوتوكاد).
    2. تدور-معطف للعلاقات العامة، على سبيل المثال البولي ميثيل ميثا اكريلات أو P015، على رأس العينة 2000 لفة في الدقيقة 60 ثانية (درجة حرارة الغرفة). التأكد من أن العلاقات العامة قد غطت عينة كاملة بعد طلاء تدور.
    3. حرارة العينة (خبز لينة) عند 100 درجة مئوية ل 90 s أجل تتبخر المذيبات في العلاقات العامة وتحسين الالتصاق.
    4. تحويل نمط تخطيط في خطوة 1.7.1 إلى ملف معين (مثال: الملف GDS)، وتحميله في برنامج أبل.
    5. تحديد الجرعة المثالية لشعاع الإلكترون استناداً إلى عرض الخطوط في التخطيط.
      ملاحظة: لعرض الخط أضيق من 1 ميكرومتر، الجرعة المثالية لشعاع الإلكترون هو 110 µC/سم2؛ لعرض خط 1 إلى 5 ميكرومتر، هي الجرعة 100 µC/سم2؛ وبالنسبة لخط العرض أكبر من 5 ميكرومتر، الجرعة 80 µC/سم2.
    6. قم بإعداد الجهاز أبل مثل وضع علامات محاذاة في الركيزة الياقوت يطابق مراسلاتها في التخطيط.
    7. ابدأ تعريض العينة لشعاع الإلكترون.
    8. تطبيق الكراك في العينة بعد التعرض من أجل الحد من آثار موجه دائمة. حرارة العينة على 120 درجة مئوية ل 90 ثانية.
    9. استخدم تماه % 2.38 كالمطور. تزج العينة إلى تماه لغسل س. 80 تماه مع منزوع 200 مل من الماء لمدة 10 ق.
    10. افحص إذا كان النمط راسخ بالمجهر الضوئي.
    11. إجراء خبز الثابت للتخلص من المياه الإضافية في العلاقات العامة. درجة حرارة العينة عند 110 درجة مئوية ل 90 ثانية.
  8. استخدم س2 بلازما النقش (2nd النقش) لتعريف هيتيروجونكتيون جانبية على شكل الشريط، وإزالة العلاقات العامة بالأسيتون.
  9. تنفيذ عملية أبل تراكب نمط أقطاب معدنية منظمة الشفافية الدولية والاتحاد الأفريقي.
    1. قياس تشريد تنسيق بين المواقع المستهدفة في هيتيروجونكشن2 -WSe2موس والمحاذاة علامات باستخدام المجهر الضوئي وتصميم تخطيط قطب المعادن على أساس هذه القياسات باستخدام برمجيات (أوتوكاد).
    2. تدور-معطف للعلاقات العامة، على سبيل المثال البولي ميثيل ميثا اكريلات أو P015، على رأس العينة 2000 لفة في الدقيقة 60 ثانية (درجة حرارة الغرفة). التأكد من أن العلاقات العامة قد غطت عينة كاملة بعد طلاء تدور.
    3. حرارة العينة (خبز لينة) عند 100 درجة مئوية ل 90 s أجل تتبخر المذيبات في العلاقات العامة وتحسين الالتصاق.
    4. تحويل نمط تخطيط في خطوة 1.9.1 إلى ملف معين (مثال: الملف GDS)، وتحميله في برنامج أبل.
    5. تحديد الجرعة المثالية لشعاع الإلكترون استناداً إلى عرض خطوط معدنية في التخطيط.
      ملاحظة: لعرض الخط معدنية أضيق من 1 ميكرومتر، الجرعة المثالية لشعاع الإلكترون هو 110 µC/سم2؛ لعرض خط 1 إلى 5 ميكرومتر، هي الجرعة 100 µC/سم2؛ وبالنسبة لخط العرض أكبر من 5 ميكرومتر، الجرعة 80 µC/سم2.
    6. قم بإعداد الجهاز أبل مثل مواضع علامات محاذاة في الركيزة الياقوت يطابق مراسلاتها في التخطيط.
    7. ابدأ تعريض العينة لشعاع الإلكترون.
    8. تطبيق الكراك في العينة بعد التعرض من أجل الحد من آثار موجه دائمة. حرارة العينة على 120 درجة مئوية ل 90 ثانية.
    9. استخدم تماه % 2.38 كالمطور. تزج العينة إلى تماه لغسل س. 80 تماه مع منزوع 200 مل من الماء لمدة 10 ق.
    10. افحص إذا كان النمط راسخ بالمجهر الضوئي.
    11. إجراء خبز الثابت للتخلص من المياه الإضافية في العلاقات العامة. درجة حرارة العينة عند 110 درجة مئوية ل 90 ثانية.
  10. أداء منظمة الشفافية الدولية والاتحاد الأفريقي ترسب المعادن وانطلاقة
    1. إيداع المعدن منظمة الشفافية الدولية والاتحاد الأفريقي باستخدام بندقية الإلكترون مبخر مع سمك أقل من 100 نانومتر، خلاف ذلك، فإنه سيكون من الصعب إزالة العلاقات العامة والمعادن غير المرغوب فيها بانطلاقة.
    2. إعداد وغمر العينة إلى 100 مل الأسيتون حل العلاقات العامة والقيام بانطلاقة. هزة وضربه الأسيتون أثناء مراقبة العملية بأكملها عن طريق الفحص المجهري الضوئي حتى هناك خطوط معدنية ومنصات اليسار فقط.
  11. تؤدي عملية أبل في الخطوة 1، 9 ولكن تراكب نمط لمسرى معدنية Pd/الاتحاد الأفريقي بدلاً من منظمة الشفافية الدولية والاتحاد الأفريقي.
  12. تؤدي عملية الترسيب وانطلاقة معدنية في الخطوة 1، 10 ولكن إيداع Pd/الاتحاد الأفريقي بدلاً من منظمة الشفافية الدولية والاتحاد الأفريقي.

2. عملية تصنيع الترانزستورات 2D عن طريق بوابة العودة

  1. تعد ركائز2 سي/SiO بوابات الخلفي مع محاذاة علامات.
    1. إعداد محلية الصنع أو تجارية SiO2الركيزة/Si.
    2. استخدام تقنيات الزخرفة أبل أو التصويرية لتعريف علامة المحاذاة.
    3. تنفيذ رد الفعل أيون النقش (رية) على الركازة/Si SiO2حتى عمق منطقة الهدف الإجمالي يصل إلى 1000 نانومتر وإزالة العلاقات العامة بالبلازما2 س للكشف عن علامات محاذاة المشكلة.
    4. تراكب أنماط لوح معدني الصفائف باستخدام تقنية الزخرفة التصويرية.
    5. إيداع 20 نانومتر nm/60 منظمة الشفافية الدولية والاتحاد الأفريقي باستخدام بندقية الإلكترون مبخر.
      ملاحظة: يتم استخدام الذهب لتجنب أكسدة منصات معدنية.
    6. إعداد وغمر العينة إلى 100 مل الأسيتون حل العلاقات العامة والقيام بانطلاقة. هزة وضربه الأسيتون أثناء مراقبة العملية برمتها بالمجهر الضوئي حتى تصبح منصات معدنية واضحة.
  2. أداء "الرسوم التعويضية موس"2 على الركازة الياقوت في فرن حار الجدار.
    1. يقع مكان 0.6 جم مسحوق3 مو في قارب مرو في التدفئة مركز المنطقة من الفرن. وضع الركيزة الياقوت المصب جوار القارب الكوارتز يحتوي على مسحوق3 مو.
    2. إعداد مسحوق S في قارب مرو منفصلة إلى جانب المراحل الأولى من الفرن. الحفاظ على درجة الحرارة عند 190 درجة مئوية أثناء عملية التفاعل.
    3. استخدام الأرجون (Ar = 70 sccm، 40 ميلليمتر زئبق) الغاز تدفق للأبخرة3 S ومو الركيزة الياقوت مع تدفئة منطقة مركز إلى 750 درجة مئوية.
    4. إبقاء منطقة التدفئة، بعد أن وصلت إلى درجة حرارة النمو المنشود من 750 درجة مئوية، لمدة 15 دقيقة وبعد ذلك بطبيعة الحال يبرد الفرن إلى درجة حرارة الغرفة.
  3. نقل موس2 من الياقوت إلى SiO2الظهر بوابات الركيزة/Si.
    1. تدور معطف البولي ميثيل ميثا اكريلات مع سرعة الدوران 3500 لفة في الدقيقة لمدة 30 ثانية على رأس الفيلم2 موس.
    2. خبز/sapphire2موس عينة على 120 درجة مئوية لمدة 3 دقائق تعزيزا لطلاء البولي ميثيل ميثا اكريلات.
    3. تراجع موس2عينة/Sapphire إلى 50 مل محلول النشادر (14.5%) لحوالي 30 دقيقة إلى 2 حاء لفصل الفيلم2 موس من الركازة الياقوت.
    4. التقط الفيلم وأنه نقل إلى الركيزة/Si SiO2.
    5. خبز موس2/SiO2/Si العينة تعزيزا للالتصاق بين موس2 وطبقات SiO2 . حرارة العينة على 120 درجة مئوية لمدة حوالي 30 دقيقة إلى ح 1.
    6. إزالة البولي ميثيل ميثا اكريلات واسطة غسله مع 30 مل الأسيتون لحوالي 30 دقيقة إلى 2 حاء.
    7. شطف العينة مع كحول الأيزوبروبيل واستخدام النتروجين لضربة الجافة.
  4. أداء أبل.
    ملاحظة: توجد هو لا الاتحاد الأفريقي رقيقة أودعت في SiO2/Si الركازة أثناء عملية أبل منذ Si موصلة بطريقة ما.
    1. قياس تشريد تنسيق بين المواقع المستهدفة والمحاذاة علامات باستخدام المجهر الضوئي، وعلى أساس هذه القياسات، تصميم تخطيط نمط من أقطاب معدنية باستخدام برامج تصميم.
      ملاحظة: توصيل أقطاب معدنية النقاط المستهدفة في العينة2 موس إلى منصات معدنية في الركيزة/Si SiO2.
    2. تدور-معطف للعلاقات العامة، على سبيل المثال البولي ميثيل ميثا اكريلات أو P015، على رأس العينة 2000 لفة في الدقيقة 60 ثانية (درجة حرارة الغرفة). التأكد من أن العلاقات العامة قد شملت العينة كاملة.
    3. حرارة العينة (خبز لينة) عند 100 درجة مئوية ل 90 s أجل تتبخر المذيبات في العلاقات العامة وتحسين الالتصاق.
    4. تحويل نمط تخطيط في خطوة 2.4.1 في ملف معين (مثال: الملف GDS)، وتحميله في برنامج أبل.
    5. تحديد الجرعة المثالية لشعاع الإلكترون استناداً إلى عرض خطوط معدنية في التخطيط.
      ملاحظة: لعرض الخط معدنية أضيق من 1 ميكرومتر، الجرعة المثالية لشعاع الإلكترون هو 110 µC/سم2؛ لعرض خط 1 إلى 5 ميكرومتر، هي الجرعة 100 µC/سم2؛ وبالنسبة لخط العرض أكبر من 5 ميكرومتر، الجرعة 80 µC/سم2.
    6. قم بإعداد الجهاز أبل مثل وضع علامات محاذاة في الركيزة2 سي/SiO يطابق مراسلاتها في التخطيط.
    7. ابدأ تعريض العينة لشعاع الإلكترون.
    8. تطبيق الكراك في العينة بعد التعرض من أجل الحد من آثار موجه دائمة. حرارة العينة على 120 درجة مئوية ل 90 ثانية.
    9. استخدم تماه % 2.38 كالمطور. تزج العينة إلى تماه لغسل س. 80 تماه مع 200 مل مياه لمدة 10 ق.
    10. افحص إذا كان النمط راسخ بالمجهر الضوئي.
    11. إجراء خبز الثابت للتخلص من المياه الإضافية في العلاقات العامة. درجة حرارة العينة عند 110 درجة مئوية ل 90 ثانية.
  5. أداء ترسب المعادن الاتحاد الأفريقي وانطلاقة
    1. إيداع الاتحاد الأفريقي المعدنية باستخدام بندقية الإلكترون مبخر مع سمك أقل من 100 نانومتر، خلاف ذلك، فإنه سيكون من الصعب إزالة العلاقات العامة والمعادن غير المرغوب فيها بانطلاقة.
    2. إعداد وغمر العينة إلى 100 مل الأسيتون حل العلاقات العامة والقيام بانطلاقة. هزة وضربه الأسيتون أثناء مراقبة هذه العملية عن طريق الفحص المجهري الضوئي حتى هناك خطوط معدنية ومنصات اليسار فقط.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

قد طبقت في عمليات تصنيع الجهاز على العديد من الأبحاث صاحب المقابلة التي تنطوي على تطوير أجهزة المواد ثنائية الأبعاد. في هذا الجزء، يتم عرض نتائج بعض هذه الأبحاث لإثبات الفعالية البروتوكول نوقشت أعلاه. أحادي الطبقة الجانبية WSe2-موس2 فثنائيه20 محدداً كالمثال الأول. باستخدام عمليات تصنيع جهاز قياسي مفصل في البروتوكول، أحادي الطبقة الجانبية WSe2-موس2 هيتيروجونكتيونس كانت تزرع (الشكل 2a) وانتقل بعد ذلك بتشكيل Q-ثنائية. جهات اتصال معدنية ترسبت على رأس هيتيروجونكشن الجانبية لإكمال س-ثنائية. وقد أودعت منظمة الشفافية الدولية والاتحاد الأفريقي على رأس الطبقة2 موس (الشكل 2 (ج))، تليها ترسب Pd/الاتحاد الأفريقي على رأس الطبقة2 WSe (الشكل 2d). ووضعت عدة الأفقي س-ثنائية، مثل واحد مع هيتيروجونكشن جانبي ن-فن-ف الموضحة في (الشكل 2d، 2e). تم التحقق من وظيفة الجهاز Q-ثنائية التي تبحث عن المنحنيات المميزة مثل الإخراج الخاص به (أناج-VCE) منحنى في تكوين الباعث المشترك (الشكل 2 واو). يبين الشكل 2 واو أن الجانبي ن-فن س-ثنائية يعمل تحت التشغيل وضعين--وضع التشبع ووضع النشطة--الذي يثبت أن س-ثنائية التي تم إنشاؤها باستخدام عملية التصنيع، في الواقع، يعمل ترانزستور.

كما استخدمت في العملية بناء الأجهزة عن طريق بوابة العودة 2D موس2 بيزوترونيك سلالة/قوة الاستشعار21 التطبيق. تم توليف الأفلام عالية الجودة أحادي الطبقة الثلاثي موس2 أولاً استخدام الرسوم التعويضية في ركيزة ياقوت وثم نقل إلى الركازة2 سي/SiO. مناقشة بقية عملية صنع الفيلم2 موس إلى جهاز بيزوترونيك في قسم البروتوكول. ويبين الشكل 3 ألف صورة مجهرية (فؤاد) قوة ذرية جهاز المكتملة المؤلفة من أحادي الطبقة2 موس الثلاثي ومجموعات عديدة من المصدر/استنزاف أقطاب (ق د) الاتحاد الأفريقي. دراسة اتجاه الاستقطاب كهرضغطية، صممت عمدا أقطاب الاتصال متعددة حول الشكل المثلث. ويعرض الشكل 3b الرسم التخطيطي لجهاز استشعار بيزوترونيك والإعداد تبين كيفية تطبيق حمولة ميكانيكية التي نصيحة فؤاد لاختبار تأثير كهرضغطية. وتظهر النتائج في الشكل 3 جيم أن للجهاز استشعار الحالية التي تتدفق من خلال أحد أزواج القطب ق د النقصان لكل زيادة في القوة التطبيقية، والعكس بالعكس، وسلوك متوقع لجهاز استشعار بيزو. وعلاوة على ذلك، البيانات في الشكل 3d يعني أن أجهزة الاستشعار المتقدمة مستقرة منذ تطبيق مكرر من القوة التطبيقية/سلالة تتغير الإخراج الحالي أو استجابة.

Figure 1
رقم 1. تدفق عملية تخطيطية للأجهزة الإلكترونية في 2D. وتمثل الأسهم الزرقاء تلفيق عملية التدفق Q-ثنائية وبراون للترانزستور 2D عن طريق بوابة مرة أخرى. داخلي: (أ) المواد 2D على الركازة الياقوت المغلفة مع البولي ميثيل ميثا اكريلات؛ (ب) عينة ساخنة بينما غارقة في محلول الأمونيا؛ (ج) رسم تخطيطي لمادة 2D بعد انطلاقة عملية وترسب المعادن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2. Q الأفقي ثنائي الأبعاد-ثنائية. (أ)- صورة المرحلة من فؤاد. وتوضح الصورة مرحلة التباين الواضح بين WSe2 وموس2. (ب)- هو صورة مجهرية ضوئية من الشريط الجانبي هيتيروستروكتوري حيث n-نوع المواد هي المواد2 وف-نوع موس WSe2. (ج)- صورة مجهرية الضوئية معدنية منظمة الشفافية الدولية/الاتحاد الأفريقي أودع على رأس موس2 في الشريط الجانبي هيتيروستروكتوري. علما أن هذه الصورة لها نفس مقياس كما هو الحال في (د). (د)- صورة مجهرية بصري من ثنائية Q الأفقي، عرض هيتيروجونكشن جانبي n−p−n−p. مربع منقط أسود يمثل موقف الشريط الجانبي هيتيروستروكتوري. (ه)- التخطيطي قطعة فثنائيه 2D. شرائط صفراء موس2 مونولاييرس والشريط الأحمر هو أحادي الطبقة2 WSe. منظمة الشفافية الدولية والاتحاد الأفريقي طبقات معدنية مصممة لإيداع موس2 بينما Pd/الاتحاد الأفريقي اتصالات مع WSe2. (و). خصائص الإخراج n−p−n الأفقي س-ثنائية في الخامسوتكون قيم مختلفة. طبع بإذن من Blaschke، ب. م.، وآخرون. 10- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3. الجهاز أحادي الطبقة2 موس. (أ)- فؤاد الصورة من الجهاز أحادي الطبقة2 موس. (ب)- رسم توضيحي التخطيطي موس2 جهاز عرض كيفية تطبيق حمولة ميكانيكية التي نصيحة فؤاد لاختبار تأثير كهرضغطية. (ج)- -Vب خصائص الجهاز2 موس في مختلف القوى المطبقة تحت ضغوط ضاغطة عند تطبيق القوات في المواقع التي تتم الإشارة إليها في الأعلى اقحم أدى إلى إجهاد الضغط كما هو موضح في العريضة أقل سطري. (د)- الاستجابة الحالية للجهاز أحادي الطبقة موس2 الرسوم التعويضية في سلالات ضاغطة المتكررة في جهد تحيز ثابت من 1 ف Reprinted بإذن من الشبكة المحلية، وجورج يوسف، وآخرون. 8- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

في هذه المقالة، وأثبتت الإجراءات المفصلة لاختلاق رواية الإلكترونيات استناداً إلى المواد 2D في مقياس نانومتر. نظراً لإجراءات إعداد نموذج لتطبيق كل الخلافات مع بعضها البعض، عمليات المتراكب يعاملون كالبروتوكول. إلكترون الزخرفة شعاع جنبا إلى جنب مع تصميم الموقع المادي، وتعريف القطب المعدني مما يخدم كبروتوكول هنا. بين هذين النوعين من الأجهزة المذكورة، وقد عرضت العملية برمتها من الترانزستورات 2D بوابات الخلف بدءاً من نقل الأفلام2 موس البلورة الأحادية على SiO2/Si ركائز الرطب وتنتهي عند انطلاقة معدنية. لماذا يتم التركيز في 2D العودة بوابات ترانزستور والسبب هو الحاجة الملحة لتحسين مجال المستندة إلى المواد 2D تأثير ترانزستور ([فتس]). ولذلك، سيتم التأكيد على النقاط الهامة المتصلة بعملية التصنيع فيها في الفقرات التالية.

وهناك بعض النقاط صعبة في كل خطوة من هذه التجارب. أولاً، الأسبقية لتحديد أماكن المواد تليها إزالة البولي ميثيل ميثا اكريلات مطلوب لتجنب الامتزاز غير المواتية بينما تعرض الأفلام2 موس إلى الهواء. الامتزاز أحد أسباب تدهور الأداء. ونتيجة لذلك، الخبز العينة، مع مدة التي من المفترض أن تكون أطول من 30 دقيقة، بعد النقل أمر ضروري. وبخلاف ذلك، الفيلم من السهل أن تكون انشقت عند إذابة البولي ميثيل ميثا اكريلات مع الأسيتون سبب المرفق الفقراء من الأفلام وعازل، مما يؤدي إلى اختفاء الرقائق في المواقع المستهدفة. جرعة شعاع الإلكترون عامل حاسم آخر للزخرفة. الجرعة شعاع الإلكترون عالية ليست مناسبة لأنماط مع المسافات الضيقة بين أقطاب نظراً لتأثير قربها. من ناحية أخرى، تتناقص الجرعة قد يؤدي إلى عدم القدرة على تحقيق نمط مثالي. ولذا يلزم ضبط المعلمات لشعاع الإلكترون تجري. أساسا، معدن رقيقة المفضل لانطلاقة أسهل، وسمكه المثالي يعتمد على التطبيق وسمك مقاومة صور. للترانزستور ثنائي الأبعاد في هذا المشروع، معدنية سماكة أقل من 100 نانومتر مقبول.

واحد الحد من الأسلوب أن التشغيل اليدوي مطلوب، حتى أنها فقط مناسبة لأغراض البحث. تقنيات التوليف مقياس يفر من هذه المواد تصبح متطورة، يمكن اتخاذ تكنولوجيا أشباه الموصلات التقليدية على هذا النهج. كما توجد مفاضلة بين الحصول على أعلى جودة القرار والمواد عند الاختيار بين التصوير الضوئي وأسلوب بديل باستخدام المسح الضوئي المجهر الإلكتروني (SEM) في تحديد موقع المواد. أسلوب التصوير الضوئية المستخدمة في هذا البروتوكول يوفر دقة مقياس ميكرومتر لتحديد المواقف، بينما وزارة شؤون المرأة هو أكثر دقة ولكن يمكن الحث على الأضرار المادية. ولذلك، باستخدام التصوير الضوئي كما هو مقترح في البروتوكول حتى الآن الأكثر ملاءمة.

منذ سنوات بحوث التي تسعى للحصول على أفضل طريقة لتطوير مواد جديدة أمر لا غنى عنه، ومختبر نطاق التصنيع مع تجارب العملي لا تزال تحتل موقعا هاما. ومن المؤكد أن هذا الأسلوب يمكن أن تخدم ليس فقط للمواد 2D، بل أيضا لمد 1 والمواد غير المكتشفة في المستقبل توسيع إمكانيات إلكترونيات نانوية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

هذا العمل كان يدعمه "المجلس الوطني للعلوم"، تايوان وبموجب العقد لا معظم 105-2112-M-003-016-MY3. هذا العمل أيضا في الجزء أيده "المختبرات الوطنية لجهاز نانو" ومختبر شعاع ه في الهندسة الكهربائية من جامعة تايوان الوطنية.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kim, Y. B. Challenges for Nanoscale MOSFETs and Emerging Nanoelectronics. Transactions on Electrical and Electronic Materials. 11, (3), 93-105 (2010).
  2. Waldrop, M. M. The chips are down for Moore's law. Nature. 530, (7589), 144-147 (2016).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Eatemadi, A., Daraee, H., et al. Carbon nanotubes: Properties, synthesis, purification, and medical applications. Nanoscale Research Letters. 9, (1), 1-13 (2014).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Blaschke, B. M., Tort-Colet, N., et al. Mapping brain activity with flexible graphene micro-transistors. 2D Materials. 4, (2), 25040 (2017).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Manzeli, S., Ovchinnikov, D., Pasquier, D., Yazyev, O. V., Kis, A. 2D transition metal dichalcogenides. Nature Reviews Materials. 2, (2017).
  14. Kolobov, A. V., Tominaga, J. Emerging Applications of 2D TMDCs. 239, Springer Series in Materials Science. 473-512 (2016).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Xiao, H. Introduction to Semiconductor Manufacturing Technology, Second Edition. Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers. (2012).
  20. 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).
  21. Qi, J., Lan, Y. W., et al. Piezoelectric effect in chemical vapour deposition-grown atomic-monolayer triangular molybdenum disulfide piezotronics. Nature Communications. 6, (2015).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics