Une méthode fiable et Standard pour fabriquer deux dimensions nanoélectronique

Engineering

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Summary

L’article vise à introduire une procédure de fabrication standard et fiable pour le développement de la nanoélectronique dimensionnelle faible future.

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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).

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Abstract

Des matériaux bidimensionnels (2D) ont attiré l’attention énorme en raison de leurs propriétés uniques et les applications potentielles. Wafer scale synthèse de matériaux 2D étant encore au stade naissant, scientifiques ne peuvent pas entièrement utilisent des techniques de semiconducteurs traditionnels de recherche connexe. Délicats processus de localiser les matériaux à la définition de l’électrode doivent être bien contrôlée. Dans cet article, un protocole de fabrication universal requis en fabrication nanométriques électronique, tels que 2D quasi-hétérojonction bipolaire transistors (Q-HBT) et des transistors de découpage en arrière 2D sont démontrés. Ce protocole comprend la détermination de la position matérielle, lithographie par faisceau d’électrons (EBL), définition de l’électrode métallique, et al. Un récit étape par étape les procédures de fabrication de ces appareils sont également présentées. En outre, les résultats montrent que chaque appareil fabriqué a atteint haute performance avec une répétabilité élevée. Ce travail révèle une description complète des flux de processus de préparation 2D nano-électronique, permet d’accéder à ces informations et ouvrir la voie à la future électronique, les groupes de recherche.

Introduction

Depuis le cours des décennies, l’humanité connaît rapid descendantes de la taille des transistors et, par conséquent, une augmentation exponentielle du nombre de transistors dans des circuits intégrés (ICs). Cela maintient le progrès continu de la base de silicium complémentaire (CMOS) metal-oxide semiconductor technologie1. En outre, cette tendance actuelle de la taille et les performances des dispositifs préfabriqués sont toujours sur la bonne voie avec la Loi de Moore, qui stipule que le nombre de transistors sur les puces électroniques, ainsi que leur performance, double environ tous les deux ans2. Transistors CMOS sont présents dans la plupart, sinon la totalité, des appareils électroniques disponibles sur le marché et donc ce qui en fait partie intégrante de la vie humaine. Pour cette raison, il y a des demandes continues à améliorer la taille de la puce et les performances qui ont poussé les fabricants à suivre la voie de droit de la Moore.

Malheureusement, la Loi de Moore semble être touche à sa fin en raison de la quantité de chaleur générée que plusieurs circuits de silicium sont entassés dans une petite zone2. Cela appelle de nouveaux types de matériaux qui peuvent fournir les mêmes, si ce n’est mieux, les performances comme silicium et, en même temps, peut être implémenté dans relativement modestes. Récemment, les nouveaux matériaux prometteurs ont été sujets à de nombreuses recherches de science des matériaux. Des matériaux tels qu’unidimensionnelle (1D) carbon nanotubes3,4,5,6,7, graphène 2D8,9,10, 11 , 12et métaux de transition multiples (TMDs)13,14,15,16,17,18, sont de bons candidats qui peuvent être utilisés comme remplacer le CMOS sur silicium et continuer la piste Loi de Moore.

Fabrication de dispositifs à petite échelle exige une évaluation minutieuse des emplacement du matériau de procéder avec succès aux autres techniques de fabrication comme la lithographie et de la définition de l’électrode métallique. Ainsi, la méthode présentée dans le présent document a été conçue pour répondre à ce besoin. Par rapport à la traditionnelle semi-conducteur fabrication techniques19, l’approche présentée dans le présent document est équipée sur mesure pour le développement de petits dispositifs qui nécessite plus d’attention en ce qui concerne la recherche de l’emplacement du matériel. Cette méthode vise à fabriquer avec fiabilité nanomatériau 2D périphériques, tels que les transistors de découpage en arrière 2D et Q-HBTs, à l’aide de procédés de fabrication standard. Cela peut servir comme une plate-forme pour les développements futurs nanodispositif car elle ouvre la voie vers la production de dispositifs nanométriques avancées futures.

Dans la section de la procédure, les processus de fabrication des dispositifs à base de matériaux 2D à savoir, le Q-HBT et 2D transistor dos-dépendants sont examinées en détail. Électron faisceau structuration combinée avec la détermination de la situation matérielle et électrode métallique définition comprend le protocole étant donné qu’ils sont tenus dans les deux cas mentionnés. Partie 1 décrit le procédé de fabrication étape par étape de Q-HBTs20; et partie 2 illustre une approche universelle pour obtenir le bisulfure de molybdène chemical vapor deposition (CVD) (MoS2) transistors de découpage en arrière de transfert au décollage21, qui s’est avérée complètement dans l’article. Le flux de processus détaillé est illustré dans (Figure 1).

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Protocol

1. procédé de Fabrication de Transistors 2D Quasi-hétérojonction

  1. Préparation commerciale c-avion saphir.
    1. Laver le saphir poli toute simple-côté (2 pouces) avec de l’acétone.
    2. Rincer le substrat de saphir avec de l’alcool isopropylique.
  2. Croître MoS2 sur substrat de saphir dans un four chaud-mur à l’aide de CVD.
    1. Lieu de 0,6 g de poudre (MoO3) du trioxyde de molybdène dans un bateau de quartz situé au chauffage Centre de la zone du four. Mettre le substrat de saphir en aval à côté de l’embarcation de quartz contenant de la poudre de3 MoO.
    2. Préparer la poudre de soufre (S) dans un bateau de quartz séparés sur le côté en amont de la fournaise. Maintenir sa température à 190 ° C au cours de la réaction.
    3. Utiliser l’argon (Ar = 70 sccm, 40 Torr) gaz flux pour apporter les vapeurs de3 S et MoO au saphir substrat pendant le chauffage de la zone centrale à 750 ° C.
    4. Garder la zone de cuisson, après avoir atteint la température désirée de la croissance de 750 ° C, pendant 15 minutes et puis naturellement refroidir le four à température ambiante.
  3. Effectuer l’EBL.
    NOTE : A mince Au total d’environ 5 nm a été déposé par la pulvérisation pour décharger pendant tous les processus d’EBL sur substrat de saphir
    1. Identifier, à l’aide d’un microscope optique, un endroit où les flocons de monocouche2 MoS sont aperçus, puis concevoir la présentation de motif de rayure pour cette zone spécifique à l’aide d’un logiciel de dessin (AutoCAD).
    2. Spin-couche photosensible (PR), par exemple de polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou P015, sur le dessus de l’échantillon à 2000 tr/min pendant 60 s (température ambiante). Veiller à ce que le PR a couvert l’ensemble de l’échantillon après Enduction centrifuge.
    3. Chauffer l’échantillon (cuisson douce) à 100 ° C pendant 90 s pour évaporer les solvants dans la PR et d’améliorer l’adhérence.
    4. Convertir un fichier spécifique de la mise en page du modèle à l’étape 1.3.1 (exemple : fichier GDS) et de le transférer dans le logiciel EBL.
    5. Déterminer la dose idéale de faisceau d’électrons basée sur la largeur des raies dans la mise en page.
      Remarque : Pour les épaisseurs inférieures à 1 µm, la dose idéale de faisceau d’électrons est 110 µ c/cm2; la largeur de ligne 1 à 5 µm, la dose est de 100 µ c/cm2; et pour la largeur de la ligne plus large que 5 µm, la dose est de 80 µ c/cm2.
    6. Commencer à exposer l’échantillon à faisceau d’électrons.
    7. Appliquer après l’exposition au four (PEB) sur l’échantillon après l’exposition afin de réduire les effets de l’onde stationnaire. Chauffer l’échantillon à 120 ° C pendant 90 s.
    8. Utiliser de tétraméthylammonium hydroxyde (TMAH) 2,38 % en tant que développeur. Immergez l’échantillon à TMAH pour 80 s. lavent le TMAH avec 200 mL d’eau désionisée pendant 10 s.
    9. Examinez si le modèle est bien développé par microscopie optique.
    10. Faire cuire dur pour se débarrasser de l’eau supplémentaire en chaleur PR. l’échantillon à 110 ° C pendant 90 s.
  4. Définir les structures de bande à l’aide de gravure au plasma d’oxygène (O2) 50 W (1st eau-forte) pendant 30 s à 2 min et PR enlever à l’aide de 50 mL d’acétone.
  5. Croître disélénure de tungstène (WSe2) à l’aide de maladies cardiovasculaires sur l’emplacement de la cible, qui se traduira par une croissance plue de WSe2 couche entre les bandes de2 MoS déjà existants sur le substrat de saphir.
    1. Lieu de 0,6 g de poudre de tungstène trioxyde (WO3) dans un bateau de quartz situé au chauffage Centre de la zone du four. Mettre le substrat de saphir en aval à côté de l’embarcation de quartz contenant de la poudre de3 WO.
    2. Préparer la poudre de sélénium (Se) dans un bateau de quartz séparés sur le côté en amont de la fournaise. Maintenir sa température à 260 ° C au cours de la réaction.
    3. Utiliser Ar/H2 (Ar = 90 sccm, H2 = 6 sccm, 20 Torr) gaz flux pour apporter les vapeurs de3 Se et malheur au saphir substrat pendant le chauffage de la zone centre et 925 ° C.
    4. Garder la zone de cuisson, après avoir atteint la température désirée de la croissance de 925 ° C, pendant 15 minutes et puis naturellement refroidir le four à température ambiante.
  6. Fabriquer les tableaux de métal et de repères.
    1. Les modèles de tableaux de métal et l’alignement de superposition les marques à l’aide de la photolithographie répétition technique.
    2. Dépôt 20 nm/60 nm Ti / à l’aide du canon à électrons évaporateur.
      Remarque : L’or est utilisé pour éviter l’oxydation des électrodes métalliques.
    3. Préparer et submerger l’échantillon de 100 mL d’acétone pour dissoudre PR et d’effectuer le décollage. Secouer et faire sauter l’acétone tout en contrôlant l’ensemble du processus par l’intermédiaire de la microscopie optique, jusqu'à ce que les patins métalliques deviennent apparents.
  7. Effectuer un autre processus EBL pour superposer un motif de forme de ruban sur le dessus de l’hétérojonction MoS2WSe -2 .
    1. Mesurer le déplacement coordonnée entre la localisation de la cible dans l’hétérojonction MoS2WSe -2 et les repères à l’aide de la microscopie optique et concevoir la présentation ruban-forme basée sur ces mesures à l’aide d’un logiciel (AutoCAD).
    2. Spin-manteau PR, par exemple, PMMA ou P015, sur le dessus de l’échantillon à 2000 tr/min pendant 60 s (température ambiante). Veiller à ce que le PR a couvert l’ensemble de l’échantillon après Enduction centrifuge.
    3. Chauffer l’échantillon (cuisson douce) à 100 ° C pendant 90 s pour évaporer les solvants dans la PR et d’améliorer l’adhérence.
    4. Convertir un fichier spécifique de la mise en page du modèle à l’étape 1.7.1 (exemple : fichier GDS) et de le transférer dans le logiciel EBL.
    5. Déterminer la dose idéale de faisceau d’électrons basée sur la largeur des raies dans la mise en page.
      Remarque : Pour les épaisseurs inférieures à 1 µm, la dose idéale de faisceau d’électrons est 110 µ c/cm2; la largeur de ligne 1 à 5 µm, la dose est de 100 µ c/cm2; et pour la largeur de la ligne plus large que 5 µm, la dose est de 80 µ c/cm2.
    6. Mettre en place la machine EBL telle que la position de l’alignement de marques dans le substrat de saphir correspond à sa correspondance dans la mise en page.
    7. Commencer à exposer l’échantillon à faisceau d’électrons.
    8. Appliquer PEB sur l’échantillon après l’exposition afin de réduire les effets de l’onde stationnaire. Chauffer l’échantillon à 120 ° C pendant 90 s.
    9. Utilisez TMAH 2,38 % comme le développeur. Immergez l’échantillon à TMAH pour 80 s. lavent le TMAH avec 200 mL d’eau désionisée pendant 10 s.
    10. Examinez si le modèle est bien développé par microscopie optique.
    11. Faire cuire dur pour se débarrasser de l’eau supplémentaire en chaleur PR. l’échantillon à 110 ° C pendant 90 s.
  8. Gravure au plasma O2 (2nd eau-forte) permet de définir une hétérojonction latérale en forme de ruban et enlever PR par l’acétone.
  9. Effectuer le processus d’EBL pour superposer le modèle des électrodes métalliques Ti/Au.
    1. Mesurer le déplacement coordonnée entre la localisation de la cible dans l’hétérojonction MoS2WSe -2 et les repères à l’aide de la microscopie optique et concevoir la présentation de l’électrode métallique basée sur ces mesures à l’aide d’un logiciel (AutoCAD).
    2. Spin-manteau PR, par exemple, PMMA ou P015, sur le dessus de l’échantillon à 2000 tr/min pendant 60 s (température ambiante). Veiller à ce que le PR a couvert l’ensemble de l’échantillon après Enduction centrifuge.
    3. Chauffer l’échantillon (cuisson douce) à 100 ° C pendant 90 s pour évaporer les solvants dans la PR et d’améliorer l’adhérence.
    4. Convertir un fichier spécifique de la mise en page du modèle à l’étape 1.9.1 (exemple : fichier GDS) et de le transférer dans le logiciel EBL.
    5. Déterminer la dose idéale de faisceau d’électrons basée sur la largeur des lignes métalliques dans la mise en page.
      NOTE : La largeur de ligne métallique inférieure à 1 µm, la dose idéale de faisceau d’électrons est 110 µ c/cm2; la largeur de ligne 1 à 5 µm, la dose est de 100 µ c/cm2; et pour la largeur de la ligne plus large que 5 µm, la dose est de 80 µ c/cm2.
    6. Mettre en place la machine EBL telle que les positions des marques alignement dans le substrat de saphir correspond à sa correspondance dans la mise en page.
    7. Commencer à exposer l’échantillon à faisceau d’électrons.
    8. Appliquer PEB sur l’échantillon après l’exposition afin de réduire les effets de l’onde stationnaire. Chauffer l’échantillon à 120 ° C pendant 90 s.
    9. Utilisez TMAH 2,38 % comme le développeur. Immergez l’échantillon à TMAH pour 80 s. lavent le TMAH avec 200 mL d’eau désionisée pendant 10 s.
    10. Examinez si le modèle est bien développé par microscopie optique.
    11. Faire cuire dur pour se débarrasser de l’eau supplémentaire en chaleur PR. l’échantillon à 110 ° C pendant 90 s.
  10. Effectuer le déjaugeage et Ti/Au dépôt métallique
    1. Dépôt de métal Ti / à l’aide de Canon à électrons évaporateur avec l’épaisseur inférieure à 100 nm, sinon, il sera difficile d’enlever le PR et le métal non désiré de décollage.
    2. Préparer et submerger l’échantillon de 100 mL d’acétone pour dissoudre PR et d’effectuer le décollage. Agiter et souffler l’acétone tout en contrôlant l’ensemble du processus par l’intermédiaire de la microscopie optique, jusqu'à ce qu’il y a seulement des lignes métalliques et tampons à gauche.
  11. Exécuter le processus EBL d’étape 1.9 mais incrustation de motif de l’électrode métallique de la Pd / au lieu de Ti/Au.
  12. Effectuer le processus de dépôt et déjaugeage métallique à l’étape 1.10 mais dépôt Pd / au lieu de Ti/Au.

2. procédé de Fabrication de Transistors de découpage en arrière 2D

  1. Préparation des dos-gated TR/SiO2 substrats avec repères.
    1. Préparer la maison ou du commerce SiO2/Si substrat.
    2. Utilisez photolithographie ou techniques de structuration EBL pour définir le repère d’alignement.
    3. Effectuer ionique réactive (RIE) de gravure sur le SiO2/Si substrat jusqu'à ce que la profondeur totale de la zone cible atteint 1000 nm et enlevez le PR en plasma2 O pour révéler les repères formé.
    4. Les modèles de tableaux de métal à l’aide de la photolithographie répétition technique de superposition.
    5. Dépôt 20 nm/60 nm Ti / à l’aide du canon à électrons évaporateur.
      Remarque : L’or est utilisé pour éviter l’oxydation des électrodes métalliques.
    6. Préparer et submerger l’échantillon de 100 mL d’acétone pour dissoudre PR et d’effectuer le décollage. Secouer et faire sauter l’acétone tout en contrôlant l’ensemble du processus par microscopie optique, jusqu'à ce que les patins métalliques deviennent apparents.
  2. Effectuez CVD de MoS2 sur substrat de saphir dans un four chaud-mur.
    1. Lieu de 0,6 g de poudre3 MoO dans un bateau de quartz situé au chauffage Centre de la zone du four. Mettre le substrat de saphir en aval à côté de l’embarcation de quartz contenant de la poudre de3 MoO.
    2. Préparer la poudre de S dans un bateau de quartz séparés sur le côté en amont de la fournaise. Maintenir sa température à 190 ° C au cours de la réaction.
    3. Utiliser l’argon (Ar = 70 sccm, 40 Torr) gaz flux pour apporter les vapeurs de3 S et MoO au saphir substrat pendant le chauffage de la zone centrale à 750 ° C.
    4. Garder la zone de cuisson, après avoir atteint la température désirée de la croissance de 750 ° C, pendant 15 minutes et puis naturellement refroidir le four à température ambiante.
  3. Transférez MoS2 le saphir au substrat /Si2SiO dos-dépendants.
    1. Manteau de spin PMMA avec la vitesse d’essorage de 3500 tr/min pendant 30 s sur le film de2 MoS.
    2. Cuire au four de la /sapphire de2MoS échantillon à 120 ° C pendant 3 min afin de renforcer le revêtement de PMMA.
    3. Trempez le MoS2échantillon /Sapphire dans 50 mL d’ammoniaque (14,5 %) pendant environ 30 min à 2 h pour séparer le film de2 MoS le substrat de saphir.
    4. Ramasser le film et le transférer au substrat SiO2/Si.
    5. Cuire au four de l’échantillon MoS2/SiO2/Si afin d’améliorer l’adhérence entre le MoS2 et SiO2 couches. Chauffer l’échantillon à 120 ° C pendant environ 30 min à 1 h.
    6. Retirez le PMMA par lavage avec 30 mL d’acétone pendant environ 30 min à 2 h.
    7. Rincer l’échantillon avec de l’alcool isopropylique et d’azote permet de souffler il sèche.
  4. Effectuer l’EBL.
    Remarque : Il n’y a aucun Au mince déposé sur SiO2/Si substrat au cours du processus d’EBL Si étant en quelque sorte conductrice.
    1. Mesurer le déplacement coordonnée entre l’emplacement de la cible et l’alignement marque par microscopie optique et, selon ces mesures, concevoir la présentation de modèle des électrodes métalliques à l’aide d’un logiciel de conception.
      Remarque : Des électrodes métalliques relier les points de la cible dans l’échantillon de2 MoS sur les plaquettes métalliques dans le substrat de /Si2SiO.
    2. Spin-manteau PR, par exemple, PMMA ou P015, sur le dessus de l’échantillon à 2000 tr/min pendant 60 s (température ambiante). Veiller à ce que le PR a couvert l’ensemble de l’échantillon.
    3. Chauffer l’échantillon (cuisson douce) à 100 ° C pendant 90 s pour évaporer les solvants dans la PR et d’améliorer l’adhérence.
    4. Convertir un fichier spécifique de la mise en page du modèle à l’étape 2.4.1 (exemple : fichier GDS) et de le transférer dans le logiciel EBL.
    5. Déterminer la dose idéale de faisceau d’électrons basée sur la largeur des lignes métalliques dans la mise en page.
      NOTE : La largeur de ligne métallique inférieure à 1 µm, la dose idéale de faisceau d’électrons est 110 µ c/cm2; la largeur de ligne 1 à 5 µm, la dose est de 100 µ c/cm2; et pour la largeur de la ligne plus large que 5 µm, la dose est de 80 µ c/cm2.
    6. Mettre en place la machine EBL telle que la position des marques alignement dans le Si/SiO2 substrat correspond à sa correspondance dans la mise en page.
    7. Commencer à exposer l’échantillon à faisceau d’électrons.
    8. Appliquer PEB sur l’échantillon après l’exposition afin de réduire les effets de l’onde stationnaire. Chauffer l’échantillon à 120 ° C pendant 90 s.
    9. Utilisez TMAH 2,38 % comme le développeur. Immergez l’échantillon à TMAH pour 80 s. lavent le TMAH avec 200 mL d’eau désionisée pendant 10 s.
    10. Examinez si le modèle est bien développé par microscopie optique.
    11. Faire cuire dur pour se débarrasser de l’eau supplémentaire en chaleur PR. l’échantillon à 110 ° C pendant 90 s.
  5. Effectuer le déjaugeage et les dépôts de métaux Au
    1. Dépôt de métal à l’aide de Canon à électrons évaporateur avec l’épaisseur inférieure à 100 nm, sinon, il sera difficile d’enlever le PR et le métal non désiré de décollage.
    2. Préparer et submerger l’échantillon de 100 mL d’acétone pour dissoudre PR et d’effectuer le décollage. Agiter et souffler l’acétone tout en surveillant le processus par l’intermédiaire de la microscopie optique, jusqu'à ce qu’il y a seulement des lignes métalliques et tampons à gauche.

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Representative Results

Les processus de fabrication du dispositif ont été appliquées à plusieurs des recherches de l’auteur correspondant, qui implique l’élaboration de dispositifs matériels 2D. Dans cette partie, les résultats de certaines de ces recherches sont présentés pour illustrer l’effectivité du protocole susmentionné. Une monocouche de latéral WSe2-MoS2 Q-HBT20 est sélectionné comme le premier exemple. En utilisant les procédés de fabrication de dispositif standard décrites en détail dans le protocole, la monocouche latérale WSe2-MoS2 hétérojonctions ont été cultivées (Figure 2 a) et ensuite par la formation de la Q-HBT. Contacts métalliques ont été déposés sur le dessus de l’hétérojonction latérale pour compléter le Q-HBT. TI/Au ont été déposés sur le dessus de la couche de2 MoS (Figure 2c), suivie par la déposition de Pd/UA sur le dessus de la couche2 de WSe (Figure 2d). Plusieurs Q-HBT latérales ont été développées, comme celle avec une hétérojonction latérale n-p-n-p, illustrée en (Figure 2d, 2e). Le fonctionnement de l’appareil Q-HBT a été vérifié en regardant dans ses courbes caractéristiques telles que sa sortie (j’aiC-VCE) courbe correspondant à la configuration de commun-émetteur (Figure 2f). Figure 2f montre que la latérale n-n-p Q-HBT fonctionne sous deux modes de fonctionnement - le mode saturation et le mode actif - ce qui prouve que le Q-HBT qui a été construit en utilisant le procédé de fabrication, en effet, fonctionne comme un transistor.

Le processus a été également utilisé pour construire des dispositifs de découpage en arrière 2D pour application21 du capteur de force/déformation piezotronic MoS2 . Films de haute qualité triangulaire monocouche MoS2 ont été synthétisés tout d’abord à l’aide de CVD dans un substrat de saphir et puis transférés dans un substrat de2 TR/SiO. Le reste du processus de fabrication du film de2 MoS dans un dispositif piezotronic est abordée dans la section protocole. Figure 3 a montre l’image de microscopie de force atomique d’un appareil rempli consistant en une monocouche de2 MoS triangulaire et plusieurs ensembles de source/drain électrodes (S-D) Au. Afin d’étudier le sens de polarisation piézoélectrique, visaient intentionnellement plusieurs électrodes de contact autour de la forme de triangle. Figure 3 b présente le schéma de l’appareil de capteur de piezotronic et la configuration montrant comment une charge mécanique est appliquée par une pointe d’AFM pour tester son effet piézoélectrique. Figure 3C, les résultats montrent que le dispositif de détection courant qui circule dans une de ses paires d’électrodes S-D diminue pour chaque augmentation de force appliquée et vice versa, qui est un comportement attendu pour un capteur piezo. En outre, les données en 3d Figure implique que le capteur est stable depuis une application répétée de force/déformation appliquée à peine changé son courant de sortie ou de la réponse.

Figure 1
Figure 1. Flux de processus schématique des dispositifs électroniques 2D. Les flèches bleues représentent le flux de processus de fabrication de Q-HBT et brown pour le transistor de découpage en arrière 2D. En médaillon : (a) le matériel 2D sur substrat de saphir recouvert de PMMA ; (b) un échantillon chauffé alors qu’imbibé d’ammoniaque ; (c) le diagramme schématique d’un matériau 2D après dépôt métallique et processus de décollage. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2. Deux dimensions latéral Q-HBT. b. image de Phase de l’AFM. L’image de phase montre contraste évident entre WSe2 et MoS2. b. la micrographie optique d’un ruban latéral hétérostructure où n-type matériel est MoS2 et p-type matériau est WSe2. c. la micrographie optique de la Ti/Au métal déposé sur le dessus de MoS2 dans le ruban de l’hétérostructure latéral. Notez que cette image a la même échelle que dans (d). d. la micrographie optique de la Q-HBT latéraux, montrant une hétérojonction latérale n−p−n−p. Boîte en pointillés noir marque la position du ruban latéral hétérostructure. e. intrigue schématique d’un Q-HBT 2D. Les rubans jaunes sont monocouches de2 MoS et le ruban rouge est WSe2 monocouche. Armatures de TI/Au visent à déposer sur MoS2 tandis que les contacts Pd/UA avec WSe2. f. les caractéristiques de sortie de le n−p−n latéral Q-HBT à différentes valeurs de VBE . Réimprimé avec la permission de Blaschke, B. M., et al. 10. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
La figure 3. Le dispositif de monocouche2 MoS. (a). Image AFM du dispositif MoS2 monocouche. b. illustration schématique d’un dispositif de2 MoS montrant comment une charge mécanique est appliquée par une pointe d’AFM pour tester son effet piézoélectrique. (c). I-Vb caractéristiques de l’appareil de2 MoS à différentes forces appliquées sous contrainte de compression lors de l’application de forces aux endroits désignés dans le haut encastré entraînant une déformation compressive comme le montre schématiquement en bas récipients encastrés. (d). réponse actuelle du dispositif monocouche MoS2 CVD à des déformations compression répétées à une tension de polarisation fixe de 1 V. réimprimé avec la permission de Lan, Y. W., et al. 8. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

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Discussion

Dans cet article, on démontre les procédures détaillées de fabrication électronique novateur basé sur des matériaux 2D à l’échelle du nanomètre. Étant donné que les procédures de préparation des échantillons de chaque application ont des différences entre eux, les processus superposés ont été traités comme le protocole. Électron faisceau structuration combinée avec la détermination de la situation matérielle et électrode métallique définition sert donc le protocole ici. Parmi les deux types de dispositifs mentionnés, l’ensemble du processus de transistors de dos-gated 2D à partir de transfert monocristal MoS2 films sur substrats solides /Si SiO2et se terminant au décollage métallique humides ont été présentés. La raison pourquoi accent est remis sur 2D transistors à déchenchements périodiques est l’urgente nécessité de transistors à effet de meilleure 2D matériaux sur le terrain (FETs). Par conséquent, des points importants liés à son processus de fabrication seront souligner dans les paragraphes qui suivent.

Il y a quelques points difficiles à toutes les étapes des expériences. Tout d’abord, la priorité de localisation matérielle suivie par la suppression de PMMA sert à éviter l’adsorption défavorable tout en exposant les films de2 MoS dans l’atmosphère. L’adsorption est l’une des causes de dégradation des performances. Par conséquent, cuisson au four de l’échantillon, avec une durée qui est censé pour contenir plus de 30 min, après que le transfert est nécessaire. Dans le cas contraire, le film est facile d’être décollée quand dissolvant PMMA avec de l’acétone en raison de la mauvaise fixation des films et des diélectriques, qui se traduit par la disparition de flocons aux positions cible. La dose de faisceau d’électrons est un autre facteur décisif à répétition. Dosage de faisceau électronique élevée ne convient pas pour les modèles avec espacement restreint entre les électrodes en raison de l’effet de proximité. D’autre part, diminuer son dosage peut conduire à l’incapacité d’atteindre le modèle idéal. Réglage fin des paramètres du faisceau d’électrons doit donc être réalisée. Fondamentalement, un métal mince est préférable au décollage plus facile, et son épaisseur idéale dépend de l’application et l’épaisseur de la photo résistent. Pour le transistor 2D dans ce projet, en métal épaisseur inférieure à 100 nm est acceptable.

Une des limites de la méthode sont que le fonctionnement manuel est nécessaire, ainsi il convient uniquement à des fins de recherche. Une fois que wafer scale techniques de synthèse de ces matériaux seront bien développées, technologie des semiconducteurs traditionnels peut reprendre cette approche. Un compromis entre l’obtention d’une meilleure qualité de résolution et de matériel existe aussi, au moment de choisir entre l’imagerie optique et la méthode alternative à l’aide du microscope électronique à balayage (SEM) pour déterminer l’emplacement du matériel. La méthode d’imagerie optique utilisée dans le présent protocole fournit la précision échelle micrométrique pour localiser les postes, tandis que SEM est plus précis mais risque d’entraîner des dommages sur le matériel. Par conséquent, à l’aide de l’imagerie optique tel que proposé dans le protocole est plus rationnel de loin.

Depuis des années de recherche afin d’obtenir de la meilleure façon de développer de nouveaux matériaux est indispensable, de fabrication de cadre de laboratoire avec des expériences pratiques occupe encore une place importante. Certes, cette méthode peut servir non seulement pour les matériaux 2D, mais aussi pour 1D et les matériaux non découvertes à l’avenir, élargir les possibilités de l’électronique de l’échelle nanométrique.

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Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Ce travail a été soutenu par le Conseil National de la Science, Taïwan sous le contrat no. PLUS 105-2112-M-003-016-MY3. Ce travail a été également en partie pris en charge par le laboratoire de faisceau électronique en génie électrique de l’Université nationale de Taïwan et les laboratoires nationaux de dispositif de Nano.

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

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