Стандартные и надежный метод для изготовления двумерных наноэлектроника

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

Статья стремится ввести изготовление стандартных и надежной процедуры для разработки будущих низких размеров наноэлектроники.

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

Двухмерный (2D) материалы привлекают огромное внимание из-за их уникальных свойств и потенциального применения. Так как вафельные масштаба синтез 2D материалов до сих пор в зарождающейся этапов, ученые нельзя полностью полагаться на полупроводниковой, традиционные методы для соответствующих исследований. Деликатных процессов от местонахождения материалов к определению электрода необходимо хорошо контролировать. В этой статье универсальный изготовление протокол требуемые в производство наноразмерных электроники, таких как 2D квази гетероперехода биполярных транзисторов (Q-HBT), 2D воротами вернуться транзисторов и демонстрируются. Этот протокол включает в себя определение материального положения, Электронная литография (РПЗ), металлическая электрода определение, и др. Шаг за шагом, изложение процедур изготовления для этих устройств также представлены. Кроме того результаты показывают, что каждый из готовых устройств достигла высокой производительности с высокой повторяемостью. Эта работа показывает всеобъемлющее описание потока процесса подготовки 2D нано электроники, позволяет исследовательские группы для доступа к этой информации и проложить путь к будущим электроники.

Introduction

С последних десятилетий, человечество переживает быстрое индивидуум в размере транзисторов и, следовательно, экспоненциальное увеличение числа транзисторов в интегральных схем (ИС). Это поддерживает непрерывный прогресс технологии на основе кремния дополнительные металл оксид полупроводник (CMOS)1. Кроме того эта нынешняя тенденция в размер и производительность готовых устройств по-прежнему на трек с Закон Мура, который гласит, что количество транзисторов на электронных чипов, а также их производительность, удваивается примерно каждые два года2. Транзисторов CMOS присутствуют в большинстве, если не всех, электронных устройств, доступных на рынке и таким образом делает его неотъемлемой частью человеческой жизни. Благодаря этому есть непрерывное требования для улучшения в чип размера и производительности, которые настаивали на производителей, чтобы сохранить следующие трек Закон Мура.

К сожалению Закон Мура, как представляется, близится к концу из-за количества тепла как больше кремния цепь втиснулся в небольшой области2. Это требует новых типов материалов, которые могут обеспечить то же самое, если не лучше, как кремний, и в то же время, могут быть реализованы в относительно меньших масштабах. Недавно новые перспективные материалы были субъектами многих материалов научных исследований. Такие материалы как одномерный (1D) углеродных нанотрубок3,4,5,6,7, 2D графена8,9,10, 11 , 12и переходных металлов dichalcogenides (TMDs)13,14,,1516,17,18, являются хорошими кандидатами, которые могут быть использованы как заменить на основе кремния CMOS и продолжать отслеживать Закон Мура.

Изготовление мелких устройств требует тщательного определения местоположения материал успешно перейти к другой технологии изготовления литографии и металлическим электродом определения. Таким образом метод, представленных в настоящем документе был разработан для удовлетворения этой потребности. По сравнению с традиционными полупроводниковых изготовление методы19, представленный в настоящем документе подход, портной установлены к развитию небольших устройств, которые необходимо уделить больше внимания с точки зрения расположения материала. Цель этого метода является надежно изготовить 2D Наноматериал устройств, таких как 2D воротами вернуться транзисторов и Q-HBTs, с помощью стандартного изготовления процессов. Это может служить в качестве платформы для разработки будущих nanodevice он прокладывает путь к производство будущих передовые нано-устройств.

В разделе разбирательства подробно обсуждаются процессы изготовления для устройств на базе материалов 2D, Q-HBT и 2D обратно закрытый транзистор. Электронный луч патронирования в сочетании с решимостью материала местоположение и металлическим электродом определение охватывает протокол, поскольку они требуются в обоих упомянутых процессах. Часть 1 описывает процесс поэтапного изготовления Q-HBTs20; и часть 2 демонстрирует универсальный подход к получить обратно закрытый транзисторов химическое парофазное осаждение дисульфид молибдена (2мес) старт21, который был полностью показан в статье от передачи. Подробный процесс проиллюстрирован в (рис. 1).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. процесс изготовления 2D квази гетероперехода транзисторов

  1. Подготовка коммерческих c плоскости Сапфир.
    1. Мыть весь односторонняя полированной Сапфир (2 дюйма) с помощью ацетона.
    2. Промойте сапфира с изопропиловым спиртом.
  2. Растут MoS2 сапфира с помощью CVD в горячей стенки печи.
    1. Место 0,6 г молибдена триоксид (MoO3) порошка в кварца лодки расположен на нагрев зоны центр печи. Положите сапфира по течению рядом с кварца лодки, содержащие порошок3 MoO.
    2. Подготовьте порошок серы (S) в отдельном кварца лодки на отводному печи. Поддержания ее температуры на 190 ° C во время реакции.
    3. Используйте аргон (Ar = 70 sccm, 40 торр) газовый поток предать сапфира S и MoO3 паров при обогреве центр зоны до 750 ° C.
    4. Держите зону нагрева, после достижения желаемого роста температура 750 ° C, за 15 мин и затем естественно остыть до комнатной температуры печи.
  3. Выполните EBL.
    Примечание: Тонкий Au около 5 Нм был сдан на хранение путем распыления для выполнения в ходе всех процессов EBL сапфира
    1. Определить, с помощью оптического микроскопа, области, где наблюдаются MoS2 монослоя хлопья, а затем дизайн полосой шаблон макета для этой конкретной области, с помощью разработки программного обеспечения (AutoCAD).
    2. Спин пальто фоторезиста (PR), например полиметилметакрилат (PMMA) или P015, поверх образца при 2000 об/мин для 60 s (комнатной температуры). Убедитесь, что PR охватила весь образец после отжима покрытия.
    3. Тепло образца (мягкие Выпекать) при 100 ° C 90 s для испарения растворителей в PR и повышения адгезии.
    4. Преобразовать шаблон макет на шаге 1.3.1 в определенный файл (например: GDS файл) и загрузить его на РПЗ программного обеспечения.
    5. Определите идеальный доза электронно-лучевые, основанный на ширину строк в макете.
      Примечание: Для линии ширины меньше 1 мкм, идеальная доза электроннолучевые составляет 110 µC/см2; для ширина линии 1-5 мкм доза составляет 100 µC/см2; и на ширину линии больше, чем 5 мкм, доза составляет 80 µC/см2.
    6. Начните предоставлять образец электронного луча.
    7. Применить постконтактная выпекать (Трещины) по образцу после воздействия для того, чтобы уменьшить последствия стоячей волны. Тепло образца на 120 ° C 90 s.
    8. Использование Тетраметиламмония гидроксид (TMAH) 2,38% как разработчик. Погрузить образец TMAH для 80 s. промывают TMAH с 200 мл обессоленной воды для 10 s.
    9. Изучите, если шаблон хорошо разработанных оптической микроскопии.
    10. Осуществлять жесткий выпекать избавиться от дополнительных воды в PR. тепла образца при 110 ° C 90 s.
  4. Определение структур полосой, с использованием 50 W кислород (O2) плазменного травления (1st офорт) для 30 s 2 мин и удалить PR с использованием 50 мл ацетона.
  5. Растут вольфрама селенид (2WSe) с помощью CVD на целевое расположение, которое приведет к предпочтительным росту WSe2 слоя между уже существующими MoS2 полосы на сапфира.
    1. Место 0,6 г порошка вольфрама триоксид (3WO) в кварца лодки расположен на нагрев зоны центр печи. Положите сапфира по течению рядом с кварца лодки, содержащие порошок3 WO.
    2. Подготовьте порошок селен (Se) в отдельном кварца лодки на отводному печи. Поддерживать ее температуру на 260 ° C во время реакции.
    3. Использовать Ar/Ч2 (Ar = 90 sccm, H2 = 6 sccm, 20 мм.рт.ст) газовый поток предать сапфира Se и WO3 паров при обогреве центр зоны до 925 ° C.
    4. Держите зону нагрева, после достижения желаемого роста температуры 925 ° c, за 15 мин и затем естественно остыть до комнатной температуры печи.
  6. Изготовления металлических площадку массивы и меток выравнивания.
    1. Наложение модели металлических площадку массивы и выравнивание знаков с помощью фотолитографии, кучность технику.
    2. Депозит 20 Нм/60 Нм Ti/Au с помощью электронная пушка испарителя.
      Примечание: Золото используется во избежание окисления металла прокладки.
    3. Готовит и погружать образца до 100 мл ацетона распустить PR и выполнять старт. Встряхнуть и взорвать ацетон контролируя весь процесс через оптической микроскопии, до тех пор, пока металла прокладки становятся очевидными.
  7. Выполните другой процесс EBL наложить шаблон формы ленты поверх гетеропереход2 MoS2- WSe.
    1. Измерить координатных перемещениях между целевых расположений в гетеропереход2 MoS2- WSe и меток выравнивания с помощью оптической микроскопии и макета ленты форму, на основе этих измерений с помощью программ (AutoCAD).
    2. Спин пальто PR, например ПММА или P015, поверх образца при 2000 об/мин для 60 s (комнатной температуры). Убедитесь, что PR охватила весь образец после отжима покрытия.
    3. Тепло образца (мягкие Выпекать) при 100 ° C 90 s для испарения растворителей в PR и повышения адгезии.
    4. Преобразовать шаблон макет на шаге 1.7.1 в определенный файл (например: GDS файл) и загрузить его на РПЗ программного обеспечения.
    5. Определите идеальный доза электронно-лучевые, основанный на ширину строк в макете.
      Примечание: Для линии ширины меньше 1 мкм, идеальная доза электроннолучевые составляет 110 µC/см2; для ширина линии 1-5 мкм доза составляет 100 µC/см2; и на ширину линии больше, чем 5 мкм, доза составляет 80 µC/см2.
    6. Настройка машины РПЗ, таким образом, чтобы положение меток выравнивания в сапфира соответствует его корреспонденцию в макете.
    7. Начните предоставлять образец электронного луча.
    8. Применить Трещины на образце после воздействия для того, чтобы уменьшить последствия стоячей волны. Тепло образца на 120 ° C 90 s.
    9. Использование TMAH 2,38% как разработчик. Погрузить образец TMAH для промывают TMAH 80 s. 200 мл деионизированной водой для 10 s.
    10. Изучите, если шаблон хорошо разработанных оптической микроскопии.
    11. Осуществлять жесткий выпекать избавиться от дополнительных воды в PR. тепла образца при 110 ° C 90 s.
  8. Использование O2 плазменного травления (2nd офорт) для определения ленты образный боковых гетеропереход и удалять PR, ацетон.
  9. Выполните процесс EBL наложить шаблон Ti/Au металла электродов.
    1. Измерить координатных перемещениях между целевых расположений в гетеропереход2 MoS2- WSe и меток выравнивания с помощью оптической микроскопии и макета металлический электрод на основе этих измерений с помощью программ (AutoCAD).
    2. Спин пальто PR, например ПММА или P015, поверх образца при 2000 об/мин для 60 s (комнатной температуры). Убедитесь, что PR охватила весь образец после отжима покрытия.
    3. Тепло образца (мягкие Выпекать) при 100 ° C 90 s для испарения растворителей в PR и повышения адгезии.
    4. Преобразовать шаблон макет на шаге 1.9.1 в определенный файл (например: GDS файл) и загрузить его на РПЗ программного обеспечения.
    5. Определите идеальный доза электронно-лучевые, основанный на ширине линии металла в макете.
      Примечание: Для металла линии ширины меньше 1 мкм, идеальная доза электроннолучевые составляет 110 µC/см2; для ширина линии 1-5 мкм доза составляет 100 µC/см2; и на ширину линии больше, чем 5 мкм, доза составляет 80 µC/см2.
    6. Настройка машины РПЗ, таким образом, что позиции меток выравнивания в сапфира соответствует его корреспонденцию в макете.
    7. Начните предоставлять образец электронного луча.
    8. Применить Трещины на образце после воздействия для того, чтобы уменьшить последствия стоячей волны. Тепло образца на 120 ° C 90 s.
    9. Использование TMAH 2,38% как разработчик. Погрузить образец TMAH для промывают TMAH 80 s. 200 мл деионизированной водой для 10 s.
    10. Изучите, если шаблон хорошо разработанных оптической микроскопии.
    11. Осуществлять жесткий выпекать избавиться от дополнительных воды в PR. тепла образца при 110 ° C 90 s.
  10. Ti/Au осаждения металла и старт
    1. Депозит Ti/Au металла с помощью электронная пушка испарителя с толщиной менее 100 Нм, в противном случае, это будет трудно удалить PR и нежелательных металла на старт.
    2. Готовит и погружать образца до 100 мл ацетона распустить PR и выполнять старт. Встряхнуть и взорвать ацетон контролируя весь процесс через оптической микроскопии, до тех пор, пока есть только металлические линии и колодки слева.
  11. Выполните процесс EBL шаге 1.9 но наложение металлических электрода Pd/Au шаблона вместо Ti/Au.
  12. Выполнить процесс металлов осаждения и старт в шаге 1.10 но депозит Pd/Au вместо Ti/Au.

2. 2D транзисторов, обратно закрытый процесс изготовления

  1. Подготовьте обратно условным Si/SiO2 субстратов с меток выравнивания.
    1. Готовить домашние или коммерческих SiO2/Si субстрата.
    2. Используйте фотолитографии или EBL патронирования методы для определения выравнивания Марк.
    3. Выполните реактивного ионного травления (РИ) на подложке /Si SiO2до тех пор, пока общая глубина целевой области достигает 1000 Нм и удалите PR, O2 плазмы раскрыть меток сформированных выравнивания.
    4. Наложение модели металлических площадку массивов с помощью фотолитографии, кучность технику.
    5. Депозит 20 Нм/60 Нм Ti/Au с помощью электронная пушка испарителя.
      Примечание: Золото используется во избежание окисления металла прокладки.
    6. Готовит и погружать образца до 100 мл ацетона распустить PR и выполнять старт. Встряхнуть и взорвать ацетон контролируя весь процесс по оптической микроскопии, до тех пор, пока металла прокладки становятся очевидными.
  2. Выполните CVD MoS2 сапфира в горячей стенки печи.
    1. Место 0,6 г порошка3 MoO в кварца лодки расположен на нагрев зоны центр печи. Положите сапфира по течению рядом с кварца лодки, содержащие порошок3 MoO.
    2. Подготовьте порошок S в отдельном кварца лодки на отводному печи. Поддержания ее температуры на 190 ° C во время реакции.
    3. Используйте аргон (Ar = 70 sccm, 40 торр) газовый поток предать сапфира S и MoO3 паров при обогреве центр зоны до 750 ° C.
    4. Держите зону нагрева, после достижения желаемого роста температура 750 ° C, за 15 мин и затем естественно остыть до комнатной температуры печи.
  3. Передать MoS2 от Сапфир обратно закрытый SiO2/Si субстрата.
    1. Спин ПММА промазывают скорость отжима 3500 rpm для 30 s на вершине MoS2 фильма.
    2. Выпекать MoS2/sapphire образец на 120 ° C в течение 3 мин, с целью укрепления ПММА покрытие.
    3. Окуните MoS2образец /Sapphire в 50 мл раствора аммиака (14,5%) около 30 мин до 2 ч для разделения MoS2 фильм из сапфира.
    4. Подобрать фильм и передача его в SiO2/Si субстрата.
    5. Испечь образца /Si2MoS2/SiO для повышения адгезии между MoS2 и SiO2 слоя. Тепла образца на 120 ° C около 30 мин до 1 часа.
    6. Удаление ПММА путем промывания его с 30 мл ацетона для около 30 мин до 2 ч.
    7. Промойте образца с изопропиловым спиртом и используют азот, чтобы взорвать его сухим.
  4. Выполните EBL.
    Примечание: Существует нет тонкой Au на хранение SiO2/Si субстрата процессе ЭЛП с Si-то проводящие.
    1. Измерения координат перемещения между локациями целевой и выравнивание знаков с помощью оптической микроскопии и на основании этих измерений, макета шаблона металлических электродов, с помощью разработки программного обеспечения.
      Примечание: Металлические электроды подключить целевой точки в образце2 MoS металла прокладки в SiO2/Si субстрата.
    2. Спин пальто PR, например ПММА или P015, поверх образца при 2000 об/мин для 60 s (комнатной температуры). Убедитесь, что PR охватила весь пример.
    3. Тепло образца (мягкие Выпекать) при 100 ° C 90 s для испарения растворителей в PR и повышения адгезии.
    4. Преобразовать шаблон макет на шаге 2.4.1 в определенный файл (например: GDS файл) и загрузить его на РПЗ программного обеспечения.
    5. Определите идеальный доза электронно-лучевые, основанный на ширине линии металла в макете.
      Примечание: Для металла линии ширины меньше 1 мкм, идеальная доза электроннолучевые составляет 110 µC/см2; для ширина линии 1-5 мкм доза составляет 100 µC/см2; и на ширину линии больше, чем 5 мкм, доза составляет 80 µC/см2.
    6. Настройка машины РПЗ, таким образом, чтобы положение меток выравнивания в субстрат Si/SiO2 соответствует его корреспонденцию в макете.
    7. Начните предоставлять образец электронного луча.
    8. Применить Трещины на образце после воздействия для того, чтобы уменьшить последствия стоячей волны. Тепло образца на 120 ° C 90 s.
    9. Использование TMAH 2,38% как разработчик. Погрузить образец TMAH для 80 s. промывают TMAH с 200 мл обессоленной воды для 10 s.
    10. Изучите, если шаблон хорошо разработанных оптической микроскопии.
    11. Осуществлять жесткий выпекать избавиться от дополнительных воды в PR. тепла образца при 110 ° C 90 s.
  5. Выполнять осаждения металлов Au и старт
    1. Депозит Au металла с помощью электронная пушка испарителя с толщиной менее 100 Нм, в противном случае, это будет трудно удалить PR и нежелательных металла на старт.
    2. Готовит и погружать образца до 100 мл ацетона распустить PR и выполнять старт. Встряхнуть и взорвать ацетон при мониторинге процесса через оптической микроскопии, до тех пор, пока есть только металлические линии и колодки слева.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Процесс изготовления устройства были применены к несколько из соответствующего автора исследований, связанных с развитием 2D материала устройств. В этой части чтобы продемонстрировать эффективность протокола, рассмотренных выше представлены результаты некоторых из этих исследований. Однослойная боковых WSe2-MoS2 Q-HBT20 будет выбран в качестве первого примера. Использование процессов изготовления стандартного устройства, подробно изложены в протоколе, однослойная боковые WSe2-MoS2 гетеропереходов были выращены (Рисунок 2a), а затем путем формирования Q-HBT. Металлических контактов были сданы на хранение на верхней боковой гетеропереход для завершения Q-HBT. Ti/Au были сданы на хранение на вершине MoS2 слоя (рис. 2 c), следуют осаждения Pd/Au поверх слоя2 WSe (Рисунок 2d). Были разработаны несколько боковых Q-HBT, как, например, с n-p-n-p боковых гетеропереход, показано в (Рисунок 2d, 2e). Функции устройства Q-HBT проверялось, глядя в ее кривые таких его вывода (яC-VCE) кривой в конфигурации общим эмиттером (Рисунок 2f). 2f рисунок показывает, что боковые Q n-p-n-HBT работает в двух режимах - насыщенность и активный режим - которые доказывает, что Q-HBT, который был построен с помощью процесса изготовления, действительно, функционирует как транзистор.

Этот процесс также использовалась для построения 2D обратно закрытого устройства для MoS2 piezotronic штамм/силы датчик21 приложения. Фильмы высокого качества треугольной монослоя MoS2 были впервые синтезирован с помощью CVD в сапфира, а затем перевели в подложке Si/SiO2 . Остальная часть процесса превращения MoS2 фильм в piezotronic устройство рассматривается в разделе протокол. На рисунке 3a показывает изображение атомно-силовой микроскопии (АСМ) завершено устройство, состоящее из треугольных монослоя2 MoS и несколько наборов источник/слива (S-D) Au электродов. Для изучения поляризации пьезоэлектрической направление, намеренно были разработаны несколько контактные электроды вокруг треугольной формы. Рисунок 3b представляет схема piezotronic датчик устройства и установки, показаны как механической нагрузки применяется AFM наконечник, чтобы проверить его пьезоэлектрический эффект. Результаты на рис. 3 c показывают, что устройство датчика тока, протекающего через один из его S-D электродных пар уменьшается для каждого увеличения приложенной силы и наоборот, который является ожидаемое поведение для датчиком piezo. Кроме того данные в рисунке 3d подразумевает, что развитые датчик является стабильным, поскольку повторяющиеся применение силы/штамма прикладной практически не изменилось, выходной ток или ответ.

Figure 1
Рисунок 1. Схема процесса потока 2D электронных устройств. Синие стрелки представляют поток процесса изготовления Q-HBT и коричневый для 2D обратно закрытый транзистор. Врезные: (a) 2D материал на сапфира с покрытием ПММА; (b) образец нагревается, в то время как замачивают в растворе аммиака; (c) принципиальная схема 2D материала после осаждения металла и старт процесса. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2. Двумерные боковых Q-HBT. (). этап образ AFM. Фаза изображение показывает четкий контраст между WSe2 и MoS2. (b). оптический Микрофотография боковой гетероструктуры ленты, где n типа материала-MoS2 и p тип материал является WSe2. (c). оптические Микрофотография металла Ti/Au на хранение на вершине MoS2 боковые гетероструктуры ленте. Обратите внимание, что этот образ имеет такой же масштаб, как и (d). (d). оптические Микрофотография боковой Q-HBT, показаны боковой гетероперехода n−p−n−p. Черной пунктирной коробки знаменует положение бокового гетероструктуры ленты. (e). схематический сюжет 2D Q-HBT. Желтые ленты MoS2 монослои и Красная лента однослойная2 WSe. Ti/Au металла слои предназначены для депозита на2 MoS во время Pd/Au контакты с WSe2. (f). выходные характеристики боковой n−p−n Q-HBT при различных значениях VBE . Перепечатано с разрешения Бляшке, б. м., и др. 10. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
На рисунке 3. MoS2 монослоя устройство. (). AFM изображение устройства монослоя2 MoS. (b). схематическая иллюстрация устройство2 MoS, показаны как механической нагрузки применяется AFM наконечник, чтобы проверить его пьезоэлектрический эффект. (c). - Vb характеристики MoS2 устройства в различных прикладных сил под Сжимающее напряжение, когда применение силы в местах, обозначенных в верхнем вставкой, что приводит к сжимающие напряжения, как показано ниже схематично в вставками. (d). текущий ответ CVD монослоя MoS2 устройства на неоднократные компрессионных штаммов в фиксированного напряжения смещения 1 V. печатается с разрешения от Lan, ю. в., и др. 8. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

В этой статье демонстрируются подробные процедуры изготовления Роман электроники на базе 2D материалов в нанометровом масштабе. Поскольку процедуры подготовки образца каждого приложения имеют различия друг с другом, перекрытые процессы рассматривались как протокол. Электронный луч патронирования в сочетании с решимостью материала местоположение и металлическим электродом определение таким образом служит протокол здесь. Среди двух видов устройств, упомянутых были представлены весь процесс 2D воротами вернуться транзисторов, начиная с мокрой передачи монокристаллов MoS2 фильмов на SiO2/Si субстраты и заканчивая металлическими старт. Почему фокус возвращается на 2D закрытом транзисторов причина настоятельную необходимость улучшения 2D материалы на основе полевых транзисторов (FETs). Таким образом в нижеследующих пунктах будет подчеркнуть важные моменты, связанные с процессом его изготовления.

Есть некоторые сложные моменты в каждом шаге экспериментов. Во-первых приоритет последующим удалением ПММА материала размещения требуется избежать неблагоприятных адсорбции во время подвергая MoS2 фильмов для воздуха. Адсорбция является одной из причин деградации производительности. Следовательно выпечки образца, с продолжительностью, который должен быть длиннее 30 мин, после передачи является необходимым. В противном случае фильм просто снимают, растворяя ПММА ацетоном за плохое вложение фильмов и диэлектрические, что приводит к исчезновению хлопьев в целевых позиций. Доза электроннолучевые является еще одним важнейшим фактором для патронирования. Дозировка пучка электронов высокой не подходит для моделей с узкими расстояние между электродами из-за эффекта близости. С другой стороны снижение его дозировка может привести к неспособности добиться идеальной картины. Тонкая настройка параметров электронного пучка поэтому должен проводиться. В основном тонкого металла является предпочтительным для легче старт, и его Идеальная толщина зависит от приложения и толщина фото сопротивляться. Для 2D транзистор в этом проекте, металл толщиной менее 100 Нм является приемлемым.

Одно ограничение метода является, что ручная операция не требуется, поэтому он подходит только для исследовательских целей. После того как вафельные масштабе методов синтеза этих материалов стали хорошо развитая, традиционные полупроводниковой технологии может взять на себя этот подход. Кроме того компромисс между получать более высокое качество резолюции и материалов существует при выборе между оптических изображений и альтернативный метод, с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) в определении расположения материала. Метод оптических изображений, используемые в настоящем протоколе обеспечивает точность микрометра масштаба для поиска позиции, в то время как SEM является более точным, но может вызвать повреждение в материале. Таким образом с помощью оптических изображений, предложенные в протокол является наиболее целесообразным.

После лет исследования, ищет лучший способ развивать новые материалы незаменима, Лаборатория сфера производства с практических экспериментов по-прежнему занимает важное место. Конечно этот метод может служить не только для 2D материалов, но и для 1D и неоткрытых материалы в будущем, расширение возможностей наноразмерных электроники.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана национального научного Совета, Тайвань по контракту нет БОЛЬШИНСТВО 105-2112-M-003-016-MY3. Эта работа частично поддержали национальные лаборатории устройство Nano и электронным пучком лаборатории электротехники Национального Тайваньского университета.

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