İki boyutlu nanoelektronik imal etmek standart ve güvenilir bir yöntem

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

Makaleyi gelecekteki düşük boyutlu nanoelektronik geliştirilmesi için bir standart ve güvenilir üretim yordamı tanıtmak amaçlanmaktadır.

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

İki boyutlu (2D) malzemeler kendi benzersiz özellikleri ve potansiyel uygulamalar nedeniyle büyük dikkat çekmiştir. Gofret ölçek sentez 2D malzemelerin henüz olgunlaşmamış aşamasında olduğu için bilim adamları tam olarak geleneksel yarı iletken teknikleri ilgili araştırma için yeterli olmaz. Elektrot tanımına malzemeleri bulma üzerinden hassas işlemler de kontrol edilmesi gerekiyor. Bu makalede, evrensel imalat iletişim kuralı nano elektronik, 2D yarı-heterojunction bipolar gibi üretiminde gerekli transistörler (Q-HBT) ve 2D arka kapı transistörler gösterdi. Bu iletişim kuralı reçetesi pozisyonu, elektron ışını litografi (EBL), metal elektrot tanımı, belirlenmesi içerir ve ark. Bu aygıtların imalat işlemleri adım adım anlatı da sunulmaktadır. Ayrıca, her fabrikasyon aygıt ile yüksek tekrarlanabilirlik yüksek performans elde ettiği sonuçlar gösterir. Bu eser işlem akışı 2D nano-elektronik hazırlanması için kapsamlı bir açıklaması ortaya çıkarır, bu bilgilere erişebilir ve gelecekteki elektronik doğru önünü araştırma grupları sağlar.

Introduction

Beri on yıl, insanlık hızlı downscale transistörler ve sonuç olarak, entegre devreler (ICS) transistör sayısı bir üstel artış boyutunda yaşıyor. Bu silikon tabanlı tamamlayıcı metal oksit yarı iletkeni (CMOS) teknolojisi1sürekli ilerleme korur. Ayrıca, bu mevcut trendi içinde büyüklük ve performans uydurma cihazlar hala üzerinde-elektronik çip yanı sıra performanslarını, transistör sayısı yaklaşık her iki yıl2iki katına Devletler Moore Yasası ile parça bulunmaktadır. CMOS transistörler çoğu, Eğer tüm, piyasa ve böylece insan hayatını ayrılmaz bir parçası yapmak elektronik cihazların mevcuttur. Bu nedenle, Moore'un Yasası parça takip et üreticileri iterek iyileştirmeler çip boyut ve performans için sürekli talepleri vardır.

Ne yazık ki, Moore Yasası daha fazla silikon devre bir küçük alanı2' ye sıkılmış gibi üretilen ısı miktarı nedeniyle sonuna yaklaştı görünüyor. Bu aynı sağlayabilir malzeme yeni türleri için çağırır, yokluksa daha iyi performans olarak silikon ve aynı zamanda uygulanabilir nispeten daha küçük bir ölçekte. Son zamanlarda, yeni umut verici malzemeler çok sayıda malzeme bilimi araştırma konuyu olmuştur. Bu materyalleri tek boyutlu (1D) karbon nanotüpler3,4,5,6,7, 2D grafen8,9,10, olarak 11 , 12ve geçiş metalleri dichalcogenides (TMDs)13,14,15,16,17,18, olarak kullanılabilmesi için iyi adaylar bulunmaktadır silikon bazlı CMOS yerine ve Moore'un Yasası parça devam edin.

Küçük ölçekli cihazlar imalatı başarıyla litografi ve metal elektrot tanımı gibi diğer imalat teknikleri için devam etmek için malzemenin konum dikkatli belirlenmesi gerekir. Yani, bu makalede sunulan yöntem bu gereksinimi karşılamak için tasarlanmıştır. Geleneksel yarı iletken üretim teknikleri19' a göre bu raporda sunulan terzi malzeme konumunu bulma açısından daha fazla dikkat gerektiren küçük ölçekli cihazların geliştirilmesi için donatılmış bir yaklaşımdır. Bu yöntem güvenilir 2D arka kapı transistörler ve Q-HBTs, standart üretim süreçleri kullanarak gibi 2D nanomaterial cihazlar imal etmek hedeflenmektedir. Gelecekteki gelişmiş nano ölçekli cihazların üretim doğru yol açıyor gibi bu gelecekteki nanodevice gelişmeler için bir platform olarak hizmet edebilir.

Devam etmeden bölümünde imalat işlemleri için 2D malzemeleri tabanlı aygıtlar Yani, Q-HBT ve 2D arka kapı transistörde ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Elektron ışını desenlendirme malzeme konum belirleme ile kombine ve metal elektrot tanımı oluşur protokol bahsedilen her iki süreç içinde gerekli olan bu yana. Bölüm 1 Q-HBTs20adım adım fabrikasyon süreci anlatılmaktadır; ve Bölüm 2 kimyasal buhar biriktirme (CVD) molibden disülfür (PT2) arka-gated transistörler nakletmek--dan kalkış21tamamen makalesinde gösterilmiştir, elde etmek için evrensel bir yaklaşım gösteriyor. Ayrıntılı işlem akışı gösterilmiştir (Şekil 1).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. 2D yarı heterojunction transistörler imalat süreci

  1. Ticari c-uçak Safir hazırlayın.
    1. Aseton ile tek taraflı parlak safir (2 inç) yıkayın.
    2. Safir substrat izopropil alkol ile yıkayın.
  2. Ecek2 Safir substrat CVD sıcak-duvar fırınında kullanarak üzerinde büyür.
    1. Molibden trioksit (MoO3) toz kuvars tekneyle 0.6 g yer Isıtma, bölge merkezi fırın. Safir substrat aşağı yanında MoO3 toz içeren kuvars tekne koymak.
    2. Kükürt (S) toz fırın ters yönde kenarındaki bir ayrı kuvars tekne hazır olun. 190 ° c sıcaklık reaksiyonu sırasında korumak.
    3. Argon kullanın (Ar = 70 sccm, 40 Torr) gaz akışı ile 750 ° c merkez alan Isıtma sırasında Safir substrat S ve MoO3 buharlar getirmek için
    4. Isıtma alanı 750 ° C, 15dk için istenen büyüme sıcaklığını ulaştıktan sonra tutmak ve doğal olarak aşağı oda sıcaklığına fırın serin.
  3. EBL gerçekleştirin.
    Not: Bir ince Au yaklaşık 5 nm yatırılır Safir substrat üzerine tüm EBL işlemler sırasında boşaltma için SAÇTIRMA tarafından
    1. Bir optik mikroskobu, nerede PT2 monolayer pul gözlenir, bir alanı kullanarak belirleyin ve sonra tasarım şerit deseni düzeni tasarım yazılımı (AutoCAD) kullanarak bu özel alan için.
    2. Spin-ceket fotorezist (PR), örneğin polimetil metakrilat (PMMA) veya P015, üstünde tepe-in 60 2000 devirde örnek s (Oda sıcaklığında). PR spin kaplama sonra tüm örnek kapsamış emin olun.
    3. Örnek (yumuşak fırında) 90 için 100 ° C'de ısı PR çözücüler buharlaşır ve yapışma geliştirmek üzere s.
    4. Adım 1.3.1 desen mizanpajda belirli bir dosyaya dönüştürmek (örnek: GDS dosya) ve EBL yazılımı yükleyin.
    5. Elektron ışını düzeni satırlarında genişliğine göre ideal doz belirlemek.
      Not: 1 µm dar çizgi genişliği için 110 µC/cm2elektron ışını ideal doz olduğunu; 1-5 µm çizgi genişliği için doz 100 µC/cm2' dir; ve 5 mikron geniş çizgi genişliği için doz 80 µC/cm2' dir.
    6. Elektron ışını örneğe açığa başlatın.
    7. Sonrası pozlama fırında (PEB) örnek üzerinde duran dalga etkileri azaltmak için maruz kaldıktan sonra uygulanır. Örnek için 90 120 ° C'de ısı s.
    8. Tetramethylammonium hidroksit (TMAH) %2.38 geliştirici olarak kullanın. TMAH TMAH 200 mL deiyonize su için 10 ile dışarı 80 s. Yıkama için örneğe bırakın s.
    9. Desen de optik mikroskobu tarafından geliştirilen inceleyin.
    10. 110 ° c 90 için örnek PR sıcakta ilave su kurtulmak için sabit fırında yapmak s.
  4. 50 W oksijen (O2) plazma gravür (1st gravür) için 30 kullanarak şerit yapılar tanımlamak s 2 dk ve 50 mL aseton kullanarak kaldır PR.
  5. Tungsten diselenide (WSe2) WSe2 katman Safir substrat üzerinde zaten var olan PT2 şeritler arasında tercih edilen bir büyüme sonuçlanacaktır hedef konumu, CVD kullanarak büyümek.
    1. Tungsten trioksit (WO3) toz kuvars tekneyle 0.6 g yer Isıtma, bölge merkezi fırın. Safir substrat aşağı yanında WO3 toz içeren kuvars tekne koymak.
    2. Selenyum (Se) toz fırın ters yönde kenarındaki bir ayrı kuvars tekne hazır olun. 260 ° c sıcaklık reaksiyonu sırasında korumak.
    3. AR/H2 kullanın (Ar 90 sccm, H2 = 6 sccm, 20 Torr =) gaz akışı merkez alan 925 ° C'ye ısınma sırasında Safir substrat Se ve WO3 buharlar getirmek için
    4. Isıtma alanı 925 ° C, 15dk için istenen büyüme sıcaklığını ulaştıktan sonra tutmak ve doğal olarak aşağı oda sıcaklığına fırın serin.
  6. Metal yüzey diziler ve hizalama işaretlerini imal.
    1. Metal yüzey diziler ve hizalama şekillerinin tekniği biçimlenme fotolitografi kullanarak işaretleri yerleşimi.
    2. Depozito 20 nm/60 nm Ti/Au elektron silahıyla evaporatör kullanarak.
      Not: Altın metal yastıkları oksitlenmeye önlemek için kullanılır.
    3. Hazırlamak ve aseton PR dağıtılması ve kalkış gerçekleştirmek için 100 mL örnek daldırın. Salla ve aseton metal yastıkları belirgin hale kadar optik mikroskobu ile tüm süreç izleme sırasında darbe.
  7. Ecek2- WSe2 heterojunction üstüne bir şerit şekli desen paylaşımlı için başka bir EBL işlem gerçekleştirin.
    1. Ecek2- WSe2 heterojunction hedef konumda ve optik mikroskobu kullanılarak hizalama işaretlerini arasında koordinat deplasman ölçmek ve bu ölçümlerde bir yazılım (AutoCAD) kullanarak temel şerit-şekil düzeni tasarlayın.
    2. Spin-ceket PR, örneğin PMMA veya P015, üstünde tepe-in 60 2000 devirde örnek s (Oda sıcaklığında). PR spin kaplama sonra tüm örnek kapsamış emin olun.
    3. Örnek (yumuşak fırında) 90 için 100 ° C'de ısı PR çözücüler buharlaşır ve yapışma geliştirmek üzere s.
    4. Adım 1.7.1 desen mizanpajda belirli bir dosyaya dönüştürmek (örnek: GDS dosya) ve EBL yazılımı yükleyin.
    5. Elektron ışını düzeni satırlarında genişliğine göre ideal doz belirlemek.
      Not: 1 µm dar çizgi genişliği için 110 µC/cm2elektron ışını ideal doz olduğunu; 1-5 µm çizgi genişliği için doz 100 µC/cm2' dir; ve 5 mikron geniş çizgi genişliği için doz 80 µC/cm2' dir.
    6. Safir substrat hizalama işaretlerini pozisyonda onun yazışma düzeni eşleşen EBL makineyi ayarlayın.
    7. Elektron ışını örneğe açığa başlatın.
    8. PEB örnek üzerinde duran dalga etkileri azaltmak için maruz kaldıktan sonra uygulanır. Örnek için 90 120 ° C'de ısı s.
    9. TMAH %2.38 geliştirici olarak kullanın. Bırakın 10 için 200 mL deiyonize su ile TMAH dışarı 80 s. Yıkama için TMAH için örnek s.
    10. Desen de optik mikroskobu tarafından geliştirilen inceleyin.
    11. 110 ° c 90 için örnek PR sıcakta ilave su kurtulmak için sabit fırında yapmak s.
  8. O2 plazma gravür (2nd gravür) bir şerit şeklinde yanal heterojunction tanımlamak için kullanın ve PR aseton tarafından kaldırın.
  9. Ti/Au metal elektrot desen paylaşımlı EBL işlemi gerçekleştirin.
    1. Ecek2- WSe2 heterojunction hedef konumda ve optik mikroskobu kullanılarak hizalama işaretlerini arasında koordinat deplasman ölçmek ve bu ölçümlerde bir yazılım (AutoCAD) kullanarak temel metal elektrot düzeni tasarlayın.
    2. Spin-ceket PR, örneğin PMMA veya P015, üstünde tepe-in 60 2000 devirde örnek s (Oda sıcaklığında). PR spin kaplama sonra tüm örnek kapsamış emin olun.
    3. Örnek (yumuşak fırında) 90 için 100 ° C'de ısı PR çözücüler buharlaşır ve yapışma geliştirmek üzere s.
    4. Adım 1.9.1 desen mizanpajda belirli bir dosyaya dönüştürmek (örnek: GDS dosya) ve EBL yazılımı yükleyin.
    5. Elektron ışını düzeni metal satırlarında genişliğine göre ideal doz belirlemek.
      Not: 1 µm dar metal çizgi genişliği için 110 µC/cm2elektron ışını ideal doz olduğunu; 1-5 µm çizgi genişliği için doz 100 µC/cm2' dir; ve 5 mikron geniş çizgi genişliği için doz 80 µC/cm2' dir.
    6. Hizalama işaretlerini pozisyonlarda Safir substrat eşleşen düzeni, yazışmalarda EBL makineyi ayarlayın.
    7. Elektron ışını örneğe açığa başlatın.
    8. PEB örnek üzerinde duran dalga etkileri azaltmak için maruz kaldıktan sonra uygulanır. Örnek için 90 120 ° C'de ısı s.
    9. TMAH %2.38 geliştirici olarak kullanın. Bırakın 10 için 200 mL deiyonize su ile TMAH dışarı 80 s. Yıkama için TMAH için örnek s.
    10. Desen de optik mikroskobu tarafından geliştirilen inceleyin.
    11. 110 ° c 90 için örnek PR sıcakta ilave su kurtulmak için sabit fırında yapmak s.
  10. Ti/Au Metal birikimi ve kalkış gerçekleştirmek
    1. 100'den küçük kalınlığı ile elektron silahıyla evaporatör kullanarak Ti/Au metal mevduat nm, aksi takdirde, PR ve istenmeyen metal kalkış ile çıkarmak zor olacak.
    2. Hazırlamak ve aseton PR dağıtılması ve kalkış gerçekleştirmek için 100 mL örnek daldırın. Salla ve aseton sadece metal çizgiler ve yastıkları yaptı kadar optik mikroskobu ile tüm süreç izleme sırasında darbe.
  11. Adım 1.9 EBL işlemi gerçekleştirir, ancak Ti/otomatik güncelleştirmeler yerine Pd/Au metal elektrot'ın desen paylaşımlı.
  12. Adım 1,10 metal birikimi ve kalkış işlemi gerçekleştirir, ancak Pd/Au Ti/otomatik güncelleştirmeler yerine mevduat.

2. 2D arka kapı transistörler imalat süreci

  1. Hizalama işareti Si/SiO2 yüzeylerde arka kapı hazırlayın.
    1. Ev yapımı ya da ticari SiO2/sı substrat hazırlayın.
    2. Fotolitografi veya EBL desenlendirme tekniklerini hizalama işareti tanımlamak için kullanın.
    3. Toplam hedef alan derinliği 1000 nm ulaşıncaya kadar reaktif iyon (RIE) aşındırma SiO2/sı yüzey üzerinde gerçekleştirmek ve PR O2 plazma tarafından kurulan hizalama işaretlerini ortaya çıkarmak için kaldırın.
    4. Fotolitografi tekniği biçimlenme kullanarak metal pad dizilerin şekillerinin yerleşimi.
    5. Depozito 20 nm/60 nm Ti/Au elektron silahıyla evaporatör kullanarak.
      Not: Altın metal yastıkları oksitlenmeye önlemek için kullanılır.
    6. Hazırlamak ve aseton PR dağıtılması ve kalkış gerçekleştirmek için 100 mL örnek daldırın. Salla ve metal yastıkları belirgin hale kadar tüm süreç süre tarafından optik mikroskobu izleme aseton darbe.
  2. Ecek CVD2 Safir substrat sıcak-Duvar fırın içinde gerçekleştirin.
    1. Yer 0.6 g MoO3 tozu bir kuvars tekne içinde yer alan Isıtma, bölge merkezi fırın. Safir substrat aşağı yanında MoO3 toz içeren kuvars tekne koymak.
    2. S toz fırın ters yönde kenarındaki bir ayrı kuvars tekne hazır olun. 190 ° c sıcaklık reaksiyonu sırasında korumak.
    3. Argon kullanın (Ar = 70 sccm, 40 Torr) gaz akışı ile 750 ° c merkez alan Isıtma sırasında Safir substrat S ve MoO3 buharlar getirmek için
    4. Isıtma alanı 750 ° C, 15dk için istenen büyüme sıcaklığını ulaştıktan sonra tutmak ve doğal olarak aşağı oda sıcaklığına fırın serin.
  3. Ecek2 geri-gated SiO2/sı substrat için Safir aktarın.
    1. Spin kat PMMA ile 30 için 3500 RPM eğirmek hız s PT2 film üstüne.
    2. Ecek2/sapphire fırında PMMA kaplama güçlendirmek amacıyla 3 dk 120 ° C'de örnek.
    3. Ecek2/Sapphire örnek için yaklaşık 30 dk Safir substrat PT2 film ayırmak için 2 h 50 mL amonyak çözeltisi (% 14.5) daldırma.
    4. Pick up film ve SiO2/sı substrat için transfer.
    5. Ecek2 SiO2 katmanları arasındaki yapışma geliştirmek için PT2/SiO2/sı örnek pişirin. Örnek yaklaşık 30 dk 1 h için 120 ° C'de ısı.
    6. PMMA 30 mL aseton yaklaşık 30 dk 2 h ile yıkayarak çıkarın.
    7. Örnek izopropil alkol ile durulayın ve kuru havaya için azot kullanın.
  4. EBL gerçekleştirin.
    Not: Hiçbir ince Au Si bir şekilde iletken olduğundan EBL işlemi sırasında SiO2/sı substrat yatırılır vardır.
    1. Hedef konumlar arasında koordinat deplasman ölçmek ve hizalamayı optik mikroskobu kullanarak işaretler ve bu ölçümlerde üzerinde temel bir tasarım yazılımı kullanarak metal elektrot desen düzeni tasarlayın.
      Not: Metal elektrotlar SiO2/sı substrat metal yastıkları PT2 örnek hedef noktaları bağlayın.
    2. Spin-ceket PR, örneğin PMMA veya P015, üstünde tepe-in 60 2000 devirde örnek s (Oda sıcaklığında). PR tüm örnek kapsamış emin olun.
    3. Örnek (yumuşak fırında) 90 için 100 ° C'de ısı PR çözücüler buharlaşır ve yapışma geliştirmek üzere s.
    4. Adım 2.4.1 desen mizanpajda belirli bir dosyaya dönüştürmek (örnek: GDS dosya) ve EBL yazılımı yükleyin.
    5. Elektron ışını düzeni metal satırlarında genişliğine göre ideal doz belirlemek.
      Not: 1 µm dar metal çizgi genişliği için 110 µC/cm2elektron ışını ideal doz olduğunu; 1-5 µm çizgi genişliği için doz 100 µC/cm2' dir; ve 5 mikron geniş çizgi genişliği için doz 80 µC/cm2' dir.
    6. Hizalama işaretlerini pozisyonda Si/SiO2 substrat onun yazışma düzeni eşleşen EBL makineyi ayarlayın.
    7. Elektron ışını örneğe açığa başlatın.
    8. PEB örnek üzerinde duran dalga etkileri azaltmak için maruz kaldıktan sonra uygulanır. Örnek için 90 120 ° C'de ısı s.
    9. TMAH %2.38 geliştirici olarak kullanın. TMAH TMAH 200 mL deiyonize su için 10 ile dışarı 80 s. Yıkama için örneğe bırakın s.
    10. Desen de optik mikroskobu tarafından geliştirilen inceleyin.
    11. 110 ° c 90 için örnek PR sıcakta ilave su kurtulmak için sabit fırında yapmak s.
  5. Au Metal birikimi ve kalkış gerçekleştirmek
    1. Au metal elektron silahıyla evaporatör 100'den küçük kalınlığı ile kullanarak mevduat nm, aksi takdirde, PR ve istenmeyen metal kalkış ile çıkarmak zor olacak.
    2. Hazırlamak ve aseton PR dağıtılması ve kalkış gerçekleştirmek için 100 mL örnek daldırın. Salla ve aseton kadar sadece metal çizgiler ve yaptı yastıkları optik mikroskobu üzerinden işlem izleme sırasında darbe.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Cihaz imalat işlemleri ilgili yazarın araştırma geliştirme 2D malzeme cihazların içeren birkaç uygulandı. Bu bölümde, bazı bu araştırmaların sonuçlarını yukarıda açıklanan protokol etkinliğini göstermek için sunulmaktadır. Bir monolayer yanal WSe2-ecek2 Q-HBT20 ilk örnek olarak seçilidir. İletişim kuralında ayrıntılı standart cihaz imalat süreçleri kullanarak, monolayer lateral WSe2-ecek2 heterojunctions (Şekil 2a) yetiştirilen ve Q-HBT oluşumu ile devam etti. Metal kişiler Q-HBT tamamlamak için yanal heterojunction üstüne tevdi. Ti/Au Pd/Au birikimi üzerine WSe2 katman (Şekil 2B) ardından PT2 katman (Şekil 2 c) üzerine yatırılır. Birkaç yanal Q-HBT yaratmak için geliştirilmiştir, (Şekil 2B, 2e) resimli bir n-p-n-p yan heterojunction olan gibi. Q-HBT cihazın işlevinin çıktısı gibi onun karakteristik eğrileri içine bakarak doğrulanmış oldu (benC-VCE) ortak emetör yapılandırma (Şekil 2f), eğri oluşturacak. Şekil 2f yanal n-p-n Q-HBT imalat süreci, gerçekten de, kullanılarak oluşturulan Q-HBT bir transistör çalışmasını kanıtlıyor altında iki işletim modundan - doygunluk modu ve etkin mod - çalıştığını gösterir.

İşlemi de MoS2 piezotronic zorlanma/kuvvet sensör21 uygulama için 2D arka kapı aygıt oluşturmak için kullanılan. Yüksek kaliteli üçgen monolayer PT2 filmleri ilk CVD Safir bir substrat kullanarak ve sonra Si/SiO2 substrat transfer sentez. Ecek2 filmin içine a piezotronic aygıt yapma süreci geri kalanı Protokolü bölümünde açıklanır. Şekil 3a üçgen bir ecek2 monolayer oluşan tamamlanmış bir aygıt atomik kuvvet mikroskobu (AFM) görüntüsünü gösterir ve birçok kümesi kaynak / (S-D) Au elektrotlar drenaj. Piezoelektrik polarizasyon yönünde çalışmaya, üçgen şeklin çevresinde birden fazla kişi elektrotlar kasıtlı olarak dizayn edilmiştir. Şekil 3b piezotronic sensör aygıt ve mekanik yük piezoelektrik etkisini test etmek için bir AFM ipucu tarafından nasıl uygulanacağını gösterilen kurulum Şematik diyagramı sunar. Sonuçlar Şekil 3 c sensör cihazın mevcut onun S-D elektrot çiftleri birinin içinden akan her artış için uygulanan kuvvet ve tersi, hangi bir piezo sensör için beklenen bir davranıştır azalır gösterir. Ayrıca, veri Şekil 3D uygulanan kuvvet/baskı yinelenen bir uygulama ancak onun çıkış akımı ya da yanıt değiştirdikten sonra Gelişmiş sensör kararlı olduğunu belirtir.

Figure 1
Şekil 1. Şematik işlem akışı 2D elektronik cihazların. Mavi oklar Q-HBT ve brown için 2D arka kapı transistörde imalat işlem akışını temsil eder. İç metin: (a) Safir substrat 2D maddi PMMA ile kaplı; (b) bir örnek amonyak çözümde batırılmış ederken ısıtılır; (c) metal birikimi ve kalkış işlemi sonra 2D bir malzemenin Şematik diyagramı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2. İki boyutlu yanal Q-HBT. (a). AFM faz görüntü. Faz görüntü WSe2 ve PT2arasında net kontrast gösterir. (b). n-tipi malzeme PT2 ve p-tipi malzeme nerede bir yanal heterostructure şerit optik test WSe2' dir. (c). metal Ti/Au PT2 yanal heterostructure şerit üzerine yatırılır optik test. Not Bu görüntü (d) olduğu gibi aynı ölçeğe sahip. (d). bir n−p−n−p yanal heterojunction gösterilen yanal Q-HBT optik test. Siyah kesikli kutu yanal heterostructure şerit konumunu işaretler. (e). bir 2D Q-HBT şematik arsa. Sarı kurdele PT2 monolayers ve kırmızı kurdele WSe2 monolayer. Ti/Au metal katmanları WSe2PT2 Pd/Au kişiler süre yatırmak için tasarlanmıştır. (f). çıkış özellikleri farklı VBE değerlerinde yanal n−p−n Q-HBT. Blaschke, B. M., et alizni ile yayımlanmaktadır. 10. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3. Ecek2 monolayer aygıtı. (a). Ecek2 monolayer aygıtı AFM görüntüsü. (b). mekanik yük piezoelektrik etkisini test etmek için bir AFM ipucu tarafından nasıl uygulanacağını gösteren bir ecek2 aygıtı şematik gösterimi. (c). - Vb özellikleri farklı uygulanan kuvvetler kuvvetleri yerlerde uygulama üst ile belirtilen zaman basınç baskı altında PT2 cihazın iç metin alt şematik içinde gösterildiği gibi basınç gerilme sonucu insets. (d). geçerli yanıt Reprinted 1 Lan, Y. W., et aliznine sahip bir sabit önyargı voltaj, tekrarlanan basınç suşları, CVD monolayer PT2 cihazın. 8. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu makalede, yeni elektronik nanometre ölçeğinde 2D malzemeleri temel imalatı ayrıntılı yordamlar gösterilen. Örnek hazırlama yordamları her uygulamanın birbirleri ile farklılıklar olduğundan, çakışan işlemler iletişim kuralı olarak tedavi edildi. Elektron ışını desenlendirme malzeme konum belirleme ile kombine ve metal elektrot tanımı böylece protokolü olarak hizmet vermektedir. İki tür aygıt belirtilen arasında 2D arka kapı transistörler ıslak tek kristal PT2 filmleri SiO2/sı yüzeyler üzerine aktarılması ve metal kalkış biten başlayarak tüm süreç sunuldu. Neden odak 2D üzerinde geri geçişli transistörler verilir geliştirilmiş 2D malzemeleri temel alan etkili transistörler (FET) acil ihtiyaç sebebi. Bu nedenle, onun fabrikasyon süreciyle ilgili önemli noktaları aşağıdaki paragrafta vurguladı.

Deneyler her adımda zor bazı noktalar vardır. İlk olarak, malzeme PMMA kaldırma tarafından takip bulma öncelik PT2 filmleri hava için kullanılmasını ise olumsuz adsorpsiyon önlemek için gereklidir. Adsorpsiyon performans düşüşü nedenlerinden biridir. Sonuç olarak, örnekle transfer gereklidir sonra 30 dk uzun olması gerekiyordu bir süre pişirme. Aksi takdirde, filmin ne zaman PMMA ile aseton Filmler ve pul hedef pozisyonlarda kaybolması sonucu dielektrik zavallı eki nedeniyle eriterek soyulmuş kolaydır. Elektron ışını dozunun desenlendirme için başka bir önemli faktördür. Yüksek elektron ışını doz yakınlık etkisi nedeniyle elektrot arasındaki dar aralığı desenler için uygun değildir. Öte yandan, onun dozaj azalan yetersizlik ideal desen elde etmek için neden olabilir. İnce ayar parametrelerini elektron bu nedenle yapılacak gerekir. Temel olarak, ince bir metal daha kolay kalkış izni tercih edilir ve ideal kalınlığı uygulama ve fotoğraf resist kalınlığına bağlıdır. Bu projede 2D transistör kalınlığı 100 aşağıda metal nm kabul edilebilir.

Yani sadece araştırma amaçlı uygun bir yöntem el ile işlem gereklidir kısıtlamasıdır. Gofret ölçek sentez teknikleri bu malzemelerin iyi gelişmiş hale sonra geleneksel yarı iletken teknolojisi bu yaklaşım olabilir. Ayrıca, daha yüksek bir çözünürlük ve malzeme kalitesi elde arasında bir ticaret-off optik görüntüleme ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) malzeme konum belirlemede kullanarak alternatif bir yöntem arasında seçim yaparken bulunmaktadır. Bu protokol için kullanılan optik görüntüleme yöntemi mikrometre ölçek hassas konumlarını, SEM daha kesin ama maddi hasara neden bulmak için sağlar. Bu nedenle, optik görüntüleme olarak önerilen iletişim kuralı kullanarak en uygun gereğidir.

En iyiyi arayan araştırma yıl beri yeni malzemeleri geliştirmek için yol vazgeçilmez, laboratuvar kapsam üretim uygulamalı deney ile hala önemli bir yere sahiptir. Kesinlikle, bu yöntem sadece 2D malzemeler için aynı zamanda 1 D ve keşfedilmemiş malzemeleri için gelecekte, nano elektronik olanakları genişletmeyi hizmet edebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Bu eser No Ulusal Bilim Konseyi Tayvan sözleşme altında tarafından desteklenmiştir EN 105-2112-M-003-016-MY3. Bu eser kısmen Ulusal Nano aygıt laboratuvarları ve Elektrik Mühendisliği Ulusal Tayvan Üniversitesi e-beam laboratuvar tarafından desteklenmiştir.

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