RSC thanks the support of the National Science Council (NSC) of Taiwan under Project NSC 102-2112-M-011-001-MY3. YSH acknowledges the support of the NSC of Taiwan under Project NSC 100-2112-M-011-001-MY3.

1. Caracterización estructural de Mose 2 Cristales Layer (Consulte el paso 1 en la Figura 1) <ol><li> DRX Procedimiento de medición <ol><li> Montar un cristal capa Mose 2 (con el intervalo de tamaño de 5 x 5 x 0,1 hasta 10 x 10 x 0,5 mm 3) o polvo de cristal (que se mezcló con polvo de cuarzo y aglutinante y se unta en el portaobjetos de vidrio) en el soporte. </li><li> Presione el soporte por un portaobjetos de vidrio para asegurarse de cristal capa superficial paralela a la superficie soporte. </li><li> Cargue el soporte de la muestra en el difractómetro. </li><li> Cierre las puertas del difractómetro. </li><li> Calibrar línea del haz de acuerdo con las instrucciones del fabricante. </li><li> Parámetros de medición de entrada, como el 2 rango de exploración (10-80 °), el incremento (0.004 °), y el tiempo de permanencia (0,1 segundos). </li><li> Inicie el programa DIFFRAC.Measurement Center en el ordenador conectado a la difractómetro y guarde el archivo de datos y los datos de nombre de acuerdo a proto del fabricantecolumna. </li><li> Analizar el patrón de difracción de rayos X mediante la identificación de las posiciones de los picos de difracción utilizando el software y luego comparar con los datos estándar de base de datos de la tarjeta de JCPDS para confirmar la sola calidad fuera del plano de orientación y única cristalina de los Mose 2 cristales capa 32,33 . </li></ol></li><li> Micro-Raman Procedimiento de medición <ol><li> Realice la calibración del equipo Raman utilizando una oblea de silicio como la muestra patrón. La medición de la oblea de silicio es el mismo que el procedimiento descrito a continuación para el interesado cristal Mose 2 capa. </li><li> Montar un cristal capa Mose 2 en el cristal de diapositivas. </li><li> Cargar el portaobjetos de vidrio en el soporte de microscopio óptico y enfocar la superficie de la muestra con una fuente de luz blanca. </li><li> Cambie la fuente de luz de una luz blanca a un rayo láser (longitud de onda a 514 nm). </li><li> Parámetros de medición de entrada, como el rango de exploración número de onda (150 a 500 cm-1), la INTEGRtiempo de ación (10 seg), y el número de tiempos de exploración (10-30 veces). </li><li> Inicie el programa de adjunto al espectrómetro Raman computadora y luego guardar los datos y el archivo de datos de nombre de acuerdo con el protocolo del fabricante. </li><li> Analizar el espectro Raman mediante la identificación de sus anchuras de los picos y las posiciones utilizando el software y luego comparar con los datos estándar de referencia para confirmar el tipo de estructura cristalina y la calidad de los Mose 2 cristales capa 34,35. </li></ol></li></ol> 2. La fabricación de Mose 2 Layer Nanocrystal Dispositivos <ol><li> La exfoliación mecánica de los cristales de la capa <ol><li> Pinzas limpias con acetona y alcohol. </li><li> Elija los Mose 2 cristales de la capa (de 4 a 8 piezas) con una superficie brillante (es decir, como un espejo la cara de cristal) y un tamaño de área mayor que 0,5 x 0,5 mm 2 con las pinzas y los puso en la cinta de corte en cuadritos con un tamaño del área de 20 x 60 mm 2.</li><li> Doble la cinta por la mitad para exfoliar la capa de cristal y repita la acción aproximadamente veinte veces. Por lo general, los cristales de capa pueden ser despojados en muchos cristales de tamaño micrométrico de ancho (ver paso 2 en la Figura 1). </li><li> Cargue la cinta de corte en dados con el polvo de nanocristales capa interior de la cámara SEM para observar los tamaños y morfologías de estos despojado Mose 2 capa de microcristales. Si las distribuciones de anchura de la capa de nanocristales están a 1.20 m, el polvo de nanocristales puede cumplir los criterios para la fabricación del dispositivo. </li></ol></li><li> La dispersión de los nanocristales de capa en la plantilla de dispositivo <ol><li> Coloque la cinta de corte en dados con el polvo de nanocristales capa al revés en la plantilla de dispositivo. La plantilla es de SiO2 (300 nm) sustrato de silicio recubierta con dieciséis años Ti pre-modelado (30 nm) / Au (90 nm) electrodos en la superficie de SiO2 (ver Paso 4 en la Figura 1). El tamaño del área de la plantilla es de 5 x 5 mm <sup&gt; 2. </li><li> Toque en la cinta de corte en cuadritos ligeramente para hacer algunos nanocristales (aproximadamente 10 a 100 piezas) caer en la plantilla. </li><li> Compruebe la densidad del número y el estado de dispersión del nanocristales en la plantilla por el microscopio óptico o, a veces por SEM si los nanocristales dispersos no pueden ser observados por microscopio óptico. Por lo general 2 a 5 piezas de nanocristales (tamaño de superficie mayor de 2 x 2 m 2) dispersos en la plaza central (con una superficie de 80 x 80 m 2) de la plantilla sin superponerse entre sí son las mejores condiciones para el siguiente procesamiento FIB . </li></ol></li><li> Fabricación de electrodos de FIB <ol><li> Monte plantillas en el titular FIB mediante la realización de la cinta de lámina de cobre. Por lo general, se requiere que el área de la cinta de 3 x 2,4 cm 2 conducir para el montaje 6-8 plantillas. </li><li> Cargue el soporte en la cámara de la FIB. </li><li> Evacuar la cámara con el grado de vacío hasta 10 -5 mbar haciendo clic en el botón&quot;Bomba&quot;. </li><li> Ajuste la corriente de haz de electrones (41 pA) y la tensión de aceleración (10 kV) para el modo SEM. </li><li> Ajuste la corriente de haz de iones (0,1 nA) y la tensión de aceleración (30 kV) para el modo de FIB. </li><li> Calentar el sistema de haz de iones y sistema de inyección de gas (GIS) haciendo clic en el &quot;haz el&quot; botón y el botón de &quot;frío&quot; en el bloque de &quot;Inyección de Gas&quot;, respectivamente. </li><li> Encienda el haz electrónico haciendo clic en el botón &quot;Beam On&quot; y enfocar la imagen a un bajo magnificación de 100X. </li><li> Ajuste la distancia de trabajo z-axial (WD) a 10 mm para el modo SEM. </li><li> Ajuste la ampliación a 5.000x y el enfoque. </li><li> Ajuste el ángulo de inclinación del soporte a 52 grados haciendo clic en el botón &quot;Navigation&quot; e introduzca el ángulo de inclinación &quot;52&quot;. </li><li> Seleccionar un nanocristal Mose 2 capa con un cierto espesor (que va de 5 a 3000 nm) y una forma cuadrada y rectangular para la fabrica electrodoción. </li><li> Tome las imágenes de SEM en diferentes aumentos (de 1.000X a 10.000X) del material virgen apuntado antes de la fabricación de electrodos haciendo clic en el botón &quot;Fotograma&quot;. </li><li> Cambiar al modo de FIB y tomar una imagen FIB por el modo de instantánea para reducir el tiempo de exposición del material dirigido bajo el bombardeo de haz de iones. </li><li> Definir el área de deposición de electrodo, seleccione el modo &quot;Pt deposición&quot;, e introduzca el espesor (0,2 a 1,0 micras) Valor del electrodo Pt depositado. </li><li> Introducir el capilar de los SIG en la cámara haciendo clic en el cuadro &quot;dep Pt&quot; en el bloque de &quot;Inyección de Gas&quot;. </li><li> Tome una imagen mediante el modo de fotografiado de nuevo y modificar la posición de los electrodos si el patrón definido originalmente se desplaza ligeramente. </li><li> Encienda la deposición FIB haciendo clic en el botón &quot;Inicio Patrones&quot;. </li><li> Después de la deposición, dibujar el capilar de los SIG vuelta por unclicking la casilla &quot;Pt dep &quot;en el&quot; bloque de Inyección de Gas &quot;. </li><li> Cambie al modo SEM y comprobar el resultado de los electrodos de Pt depositado sobre la capa de nanocristales. </li><li> Tome las imágenes de SEM en diferentes aumentos de los dispositivos validados con dos o cuatro electrodos (consulte el paso 3 en la Figura 1). </li><li> Ajuste el ángulo de inclinación del soporte de retorno a 0 grados haciendo clic en el botón de &quot;Navegación&quot; y la entrada de ángulo de la inclinación &quot;0&quot;. </li><li> Tome las imágenes de SEM-Lo más visto en diferentes aumentos para las estimaciones de la anchura de material y el electrodo entre la distancia haciendo clic en el botón &quot;Fotograma&quot;. </li><li> Apague los sistemas de haz de electrones y de iones de haz y enfriamiento sistema GIS haciendo clic en el botón &quot;Beam Off&quot; y el botón &quot;Warm&quot; en el bloque de &quot;Inyección de Gas&quot;, respectivamente. </li><li> Ventilar la cámara de gas nitrógeno introducción haciendo clic en los botones &quot;Vent&quot; y luego tomar el titularfuera de la cámara. Normalmente se tarda de 5 a 10 minutos para finalizar el proceso de ventilación. </li><li> Cierre la puerta de la cámara y evacuar la cámara. </li></ol></li></ol> 3. Caracterizaciones del Mose 2 Capa Dispositivos Nanocrystal <ol><li> Medición de espesores de los nanocristales de capa por AFM <ol><li> Instale el voladizo AFM al titular de la sonda. </li><li> Encienda el programa de AFM y seleccionar el modo &quot;ScanAsyst&quot;. </li><li> Cargue el soporte de la sonda y conectarlo con la cabeza diodo láser de la estación de AFM. </li><li> Realice la calibración para alinear la posición del haz láser incidente y el voladizo de acuerdo con el protocolo del fabricante. </li><li> Montar la muestra (el chip plantilla con dispositivos de nanocristales capa FIB-fabricado) en el soporte de la muestra mediante cinta de papel de Cu. </li><li> Cargar el soporte de la muestra a la estación de AFM. </li><li> Mueva el soporte de la muestra a la posición aproximadamente por debajo del rayo láser o AFM cantilever. </li><li> Más abajo AFM voladizo a la posición de enfoque enfocando la imagen del microscopio óptico de la capa de nanocristales. </li><li> Parámetros de exploración de entrada como el área de escaneado (6 x 6.30 x 30 m 2), la frecuencia (0,5 a 1,5 Hz), y la resolución (256-512 líneas). </li><li> Inicie el programa y guardar datos de acuerdo con el protocolo del fabricante. </li><li> Levante el voladizo AFM y tomar el soporte de la muestra fuera. </li><li> Cargue la segunda muestra y repita el procedimiento de medición descrito anteriormente si necesidad. </li><li> Estimar el grosor de la capa de nanocristales mediante el análisis del perfil de imagen y la altura AFM utilizando el software &quot;Análisis NanoScope&quot;. Seleccionar un perfil de altura lateral de la imagen AFM y determinar el valor promedio de espesor por el área de aplanar el perfil. (Ver Figura 2d y 2e) </li></ol></li><li> Corriente en función del voltaje (IV) la medición de los nanocristales de capa <ol><li> Montarla muestra (el chip plantilla con dispositivos de nanocristales capa FIB-fabricado) en el sustrato de mica por cinta de papel de Cu. </li><li> Unir el alambre de esmalte o alambres de Cu en los electrodos del chip por la pasta de Ag. (Vea el Paso 4 en la Figura 1). </li><li> Cargue la muestra completa en la cámara de la estación de sonda y fijarlo en el soporte de la muestra mediante cinta de papel de Cu. La estación de la sonda criogénica se encuentra en el ambiente oscuro. (Consulte el paso 5 en la figura 1). </li><li> Soldar los cables eléctricos de la muestra y los electrodos metálicos de las sondas de uno por uno. </li><li> Tape la parte superior de cámara y evacuar la cámara hasta 10 -4 mbar. Enfriar la muestra hasta el 77 K mediante la introducción de nitrógeno líquido en la estación de la sonda. Ajuste el rango de temperatura (por lo general 80 a 320 K), intervalo, y tiempo de permanencia para el control de la temperatura. (Necesario solamente para la medición dependiente de la temperatura). </li><li> Ajuste el rango de barrido tensión aplicada (por lo general de -1 a 1 V), inte tensiónrval (0,01 V), y la corriente máxima limitada (10 o 100 mu) en un electrómetro multifuncional ultra alta impedancia para la medición de dos terminales IV. Para la medición de cuatro terminales, ajuste el rango de barrido corriente aplicada (típicamente de -100 a 100 mu) y el intervalo actual (1 mu). </li><li> Inicie el programa y guardar los datos IV a temperatura ambiente o a diferentes temperaturas. </li><li> Abra la tapa de la cámara si es necesario y tomar la muestra fuera de la cámara. </li><li> Cargar la segunda muestra, si necesidad y repetir el procedimiento descrito anteriormente. </li><li> Analizar la curva IV por el trazado de la corriente medida en comparación con los datos de tensión aplicadas utilizando el software. Montar la curva IV mediante la selección de la función de montaje lineal. Compruebe la linealidad de la curva IV y obtener el valor de la pendiente (es decir, el valor de la conductancia). (Vea el paso 6 en la figura 1). </li><li> Repita el paso 3.2.10 de las curvas IV measured a diferentes temperaturas si es necesario. </li><li> Calcular el valor de la conductividad (σ) de acuerdo con la ecuación σ = G (t / tw) mediante la adopción de los parámetros obtenidos por IV, SEM, y las mediciones de AFM incluyendo conductancia (G), el espesor (t), anchura (w) y la longitud ( l) de la capa de nanocristal. </li><li> Trazar las curvas de los valores de conductancia y conductividad frente a espesor de la capa de nanocristales. </li></ol></li></ol>

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H., Merlin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Raman Scattering in Materials Science. , (2000).</li><li>Tonndorf, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoluminescence+emission+and+Raman+response+of+monolayer+MoS2,+MoSe2,+and+WSe2.">Photoluminescence emission and Raman response of monolayer MoS2, MoSe2, and WSe2.</a> Opt. Express. 21 (4), 4908-4916 (2013).</li><li>Hu, S. Y., Liang, C. H., Tiong, K. K., Lee, Y. C., Huang, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+characterization+of+large+niobium-doped+MoSe2+single+crystals.">Preparation and characterization of large niobium-doped MoSe2 single crystals.</a> J. Crystal Growth. 285 (3), 408-414 (2005).</li><li>Hu, S. Y., Liang, C. H., Tiong, K. K., Huang, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Re+dopant+on+the+electrical+and+optical+properties+of+MoSe2+single+crystals.">Effect of Re dopant on the electrical and optical properties of MoSe2 single crystals.</a> J. Alloys Compounds. 442 (1-2), 1-2 (2007).</li><li>Bougouma, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+and+characterization+of+large,+high+quality+MoSe2+single+crystals.">Growth and characterization of large, high quality MoSe2 single crystals.</a> J. Crystal Growth. 363, 122-127 (2013).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

La determinación precisa del valor σ y su dependencia dimensión en los nanocristales capa es altamente dependiente de la calidad de los contactos eléctricos. El método de depósito FIB utilizado para la deposición electrodo metálico jugó un papel crucial durante todo el estudio. Según eléctrica, estructural y análisis de la composición, la fabricación de contactos óhmicos estables y altamente reproducibles, utilizando el método de deposición FIB, en los Mose 2 o MoS2 dispositivos se v...

Dicalcogenuros metal de transición (TMDS), como MoS2, Mose 2, WS 2 y WSE 2, tienen una interesante bidimensional (2D) estructura de capas y propiedades semiconductoras 1-3. Los científicos han descubierto recientemente que la estructura monocapa de MoS2 muestra una eficiencia de emisión de luz mejorado sustancialmente debido al efecto de confinamiento cuántico. El hallazgo del nuevo material semiconductor de banda prohibida directa ha atraído considerable atención 4-7. Además, la estructura de capas fácilmente despojado de TMDS es una plataforma excelente para el estudio de las propiedades fundamentales de los materiales 2D. A diferencia de grafeno metálico sin la banda prohibida, TMDS tener características semiconductoras inherentes y tienen un intervalo de banda en el rango de 1.2 eV 1,3,8. Las estructuras 2D de los compuestos ternarios de TMDS 9 y la posibilidad de la integración de estos compuestos con grafeno proporcionan una OPP sin precedentesortunity para desarrollar dispositivos ultrafinos y flexibles. A diferencia de grafeno, los valores de movilidad temperatura ambiente electrónicas de TTM 2D están en un nivel moderado (1 a 200 cm 2 V - 1 seg - 1 de AdM 02 10 al 17, aproximadamente 50 cm 2 V - 1 seg - 1 para Mose 2 18 ). Los valores óptimos de movilidad de grafeno se han notificado a ser mayor que 10.000 cm 2 V - 1 seg -. 19 hasta 21 enero Sin embargo, las monocapas TMD semiconductores exhiben excelente rendimiento del dispositivo. Por ejemplo, las autopistas del mar 2 y Mose 2 monocapas o capas múltiples transistores de efecto de campo de exposiciones muy altas en los ratios / apagado, hasta 10 6 -10 9 10,12,17,18,22. Por lo tanto, es crucial para entender las propiedades eléctricas fundamentales del TTM y 2D elmateriales a granel IR. Sin embargo, los estudios de las propiedades eléctricas de los materiales de las capas han sido parcialmente obstaculizada debido a la dificultad en la formación de un buen contacto óhmico sobre los cristales de la capa. Tres enfoques, la deposición de máscara de sombra (SMD) 23, la litografía por haz de electrones (EBL) 24,25, y de iones de centrado del haz (FIB) deposición, 26,27 se han utilizado para formar contactos eléctricos de los nanomateriales. Debido SMD típicamente implica el uso de una rejilla de cobre como la máscara, la separación entre dos electrodos de contacto es en su mayoría mayores de 10 micras. A diferencia de EBL y FIB deposición, deposición de metal de matrices de electrodos sobre un sustrato se realiza sin la orientación o la selección de los nanomateriales de interés en el método SMD. Este enfoque no puede garantizar que los patrones de metal se depositan correctamente en nanomateriales individuales como los electrodos. El resultado del método SMD tiene un elemento de azar. Los métodos de deposición EBL y FIB se utilizan en elmicroscopio electrónico de barrido del sistema (SEM); los nanomateriales pueden ser observadas y seleccionados para la deposición de electrodos directamente. Además, EBL puede ser utilizado para fabricar fácilmente los electrodos de metal con un ancho de línea y un electrodo de contacto espaciado menor que 100 nm. Sin embargo, el residual resistir en la superficie nanomaterial izquierda durante la litografía inevitablemente resulta en la formación de una capa aislante entre el electrodo metálico y el nanomaterial. Por lo tanto, EBL conduce a la resistencia de alto contacto. La principal ventaja de la fabricación de electrodo a través de FIB deposición es que conduce a la baja resistencia de contacto. Debido a la deposición del metal se lleva a cabo por la descomposición de un precursor organometálico mediante el uso de un haz de iones en el área definida, la deposición de metal y el bombardeo de iones se producen simultáneamente. Esto podría destruir la interfase metal-semiconductor y prevenir la formación de contactos Schottky. Bombardeo de iones también puede eliminar contaminantes de la superficie tales como Hydrocarbons y óxidos nativos, lo que disminuye la resistencia de contacto. Fabricación contacto óhmico a través FIB deposición se ha demostrado para diferentes nanomateriales 27-29. Además, todo el procedimiento de fabricación en el enfoque de deposición FIB es más simple que la de EBL. Como semiconductores de capa típicamente muestran la conducción eléctrica altamente anisotrópico, la conductividad en la dirección de capa a capa es varios órdenes de magnitud menor que en la dirección en el plano 30,31. Esta característica aumenta la dificultad de fabricación de contactos óhmicos y la determinación de la conductividad eléctrica. Por lo tanto, en este estudio, FIB deposición se utilizó para el estudio de las propiedades eléctricas de nanoestructuras de semiconductores capa.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>HRTEM&#38;SEAD</td>
			<td>FEI (http://www.fei.com/products/tem/tecnai-g2/?ind=MS)</td>
			<td>Tecnai&#8482; G2 F-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SEM&#38;EDS</td>
			<td>HITACHI (http://www.hitachi-hitec.com/global/em/sem/sem_index.html)</td>
			<td>S-3000H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FIB</td>
			<td>FEI (http://www.fei.com/products/dualbeam/versa-3d/)</td>
			<td>Quanta 3D FEG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AFM</td>
			<td>BRUKER (http://www.bruker.com/products/surface-analysis/atomic-force-microscopy/dimension-icon/overview.html)</td>
			<td>Dimension Icon</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XRD</td>
			<td>Bruker (https://www.bruker.com/products/x-ray-diffraction-and-elemental-analysis/x-ray-diffraction/d2-phaser/learn-more.html)</td>
			<td>D2 PHASER X-ray Diffractometer</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raman</td>
			<td>Renishaw (http://www.renishaw.com/en/renishaw-enhancing-efficiency-in-manufacturing-and-healthcare--1030)</td>
			<td>inVia Raman microscope system</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Keithley-4200</td>
			<td>keithley (http://www.keithley.com.tw/products/dcac/currentvoltage/4200scs)</td>
			<td>4200scs</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ultralow current leakage cryogenic probe station</td>
			<td>Lakeshore Cryotronics (http://www.lakeshore.com/)</td>
			<td>TTP4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>copper foil tape</td>
			<td>3M (http://solutions.3m.com/wps/portal/3M/en_US/Electronics_NA/Electronics/Products/Product_Catalog/~/3M-Copper-Foil-Shielding-Tape-1182?N=4294300025+5153906&#38;&#38;Nr=AND%28hrcy_id%3A8CQ27CX0WMgs_F2LMWMM6M6_N2RL3FHWVK_GPD0K8BC31gv%29&#38;rt=d)</td>
			<td>1182</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ag paste</td>
			<td>Well-Being (http://www.gredmann.com/about.htm)</td>
			<td>MS-5000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cu wire</td>
			<td>Guv Team (http://www.guvteam.com)</td>
			<td>ICUD0D01N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dicing tape</td>
			<td>Nexteck (http://www.nexteck-corp.com/tw/product-tape.html)</td>
			<td>contact vender</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mica</td>
			<td>Centenary Electronic (http://100y.diytrade.com/sdp/307600/4/pl-1175840/0.html)</td>
			<td>T0-200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>enamel wire</td>
			<td>Light-Tech Electronics (http://www.ltc.com.tw/product_info.php/products_id/57631)</td>
			<td>S.W.G #38</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ohmic contact fabrication using a focused-ion beam technique and electrical characterization for layer semiconductor nanostructures

Semiconductores de capa con estructuras bidimensionales (2D) fácilmente procesados ​​presentan transiciones de banda prohibida indirecta a directa y rendimiento del transistor superiores, lo que sugiere una nueva dirección para el desarrollo de ultrafina de última generación y dispositivos fotónicos y electrónicos flexibles. Aumento de la eficiencia cuántica luminiscencia ha sido ampliamente observada en estos cristales 2D atómicamente delgadas. Sin embargo, no se esperan efectos de dimensión más allá de espesores de confinamiento cuántico o incluso a escala micrométrica y rara vez se han observado. En este estudio, diseleniuro de molibdeno (Mose 2) Capa de cristales con un rango de espesor de 6-2,700 nm se fabrica como dos o cuatro dispositivos terminales. Formación de contacto óhmico se logró con éxito por el método de deposición haz enfocado de iones (FIB) con platino (Pt) como un metal de contacto. Cristales de capa con diferentes espesores se prepararon por simple exfoliación mecánica mediante el uso de cinta de cortar en cubitos. Curva MEDICIÓN actual tensiónts se realizaron para determinar el valor de conductividad de los nanocristales de capa. Además, microscopía electrónica de transmisión de alta resolución, difractometrıa electrones área seleccionada, y la espectroscopia de rayos X de dispersión de energía se utiliza para caracterizar la interfaz del contacto de metal-semiconductor de los Mose 2 dispositivos FIB-fabricados. Después de la aplicación de los enfoques, se observó la conductividad eléctrica dependiente de espesor sustancial en una amplia gama de espesores de capa para el semiconductor Mose 2. La conductividad aumentó en más de dos órdenes de magnitud de 4,6 a 1.500 Ω - 1 cm - 1, con una disminución en el espesor de 2,700 a 6 nm. Además, la conductividad dependiente de la temperatura indicó que las delgadas Mose 2 multicapas exhibieron considerablemente débil comportamiento semiconductor con energías de activación de 3/5 a 8/5 meV, que son considerablemente más pequeños que los (meV, 36-38) de la masa. ProbaSe proponen bles propiedades de transporte de superficie dominante y la presencia de una concentración de electrones de alta superficie de Mose 2. Resultados similares pueden obtenerse para otros materiales semiconductores, tales como capa de MoS2 y WS 2.

Los valores determinados de la conductancia eléctrica (G) y la conductividad (σ) de los nanomateriales con diferentes espesores de capa son altamente dependientes de la calidad de los contactos eléctricos. Los contactos óhmicos de la Mose de dos terminales FIB-deposición-2 fabricado dispositivos se caracterizan por la medición de la corriente-voltaje (I - V) curva. La temperatura ambiente I - curvas V para la de dos terminales Mose 2 dispositivos n...

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Ohmic Contact Fabrication Using a Focused-ion Beam Technique and Electrical Characterization for Layer Semiconductor Nanostructures

We describe the approaches for the device fabrication and electrical characterization of molybdenum diselenide (MoSe2) layer semiconductor nanostructures with different thicknesses. In addition, the fabrication of ohmic contacts for MoSe2-layer nanocrystals by the focused-ion beam deposition method using platinum (Pt) as a contact metal is described.

Óhmico Contacto Fabricación Usando una técnica enfocada-ion Beam y Eléctrica Caracterización de Nanoestructuras capa semiconductora

Layer semiconductors with easily processed two-dimensional (2D) structures exhibit indirect-to-direct bandgap transitions and superior transistor ...

ohmic-contact-fabrication-using-focused-ion-beam-technique-electrical

Research

JoVE Journal

Engineering

12.2K vistas.  National Taiwan University of Science and Technology. We describe the approaches for the device fabrication and electrical characterization of molybdenum diselenide (MoSe2) layer semiconductor nanostructures with different thicknesses. In addition, the fabrication of ohmic contacts for MoSe2-layer nanocrystals by the focused-ion beam deposition method using platinum (Pt) as a contact metal is described. 

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Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on photoconduction, which has been one of the most commonly used techniques for terahertz generation 1-8. Terahertz generation in a photoconductive emitter is achieved by pumping an ultrafast photoconductor with a pulsed or heterodyned laser illumination. The induced photocurrent, which follows the envelope of the pump laser, is routed to a terahertz radiating antenna connected to the photoconductor contact electrodes to generate terahertz radiation. Although the quantum efficiency of a photoconductive emitter can theoretically reach 100%, the relatively long transport path lengths of photo-generated carriers to the contact electrodes of conventional photoconductors have severely limited their quantum efficiency. Additionally, the carrier screening effect and thermal breakdown strictly limit the maximum output power of conventional photoconductive terahertz sources. To address the quantum efficiency limitations of conventional photoconductive terahertz emitters, we have developed a new photoconductive emitter concept which incorporates a plasmonic contact electrode configuration to offer high quantum-efficiency and ultrafast operation simultaneously. By using nano-scale plasmonic contact electrodes, we significantly reduce the average photo-generated carrier transport path to photoconductor contact electrodes compared to conventional photoconductors 9. Our method also allows increasing photoconductor active area without a considerable increase in the capacitive loading to the antenna, boosting the maximum terahertz radiation power by preventing the carrier screening effect and thermal breakdown at high optical pump powers. By incorporating plasmonic contact electrodes, we demonstrate enhancing the optical-to-terahertz power conversion efficiency of a conventional photoconductive terahertz emitter by a factor of 50 10.

We describe methods for the design, fabrication, and experimental characterization of plasmonic photoconductive emitters, which offer two orders of magnitude higher terahertz power levels compared to conventional photoconductive emitters.

Diseño, Fabricación y Caracterización Experimental de Plasmónicos Emisores terahercios fotoconductoras

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

Investigación

Ingeniería

Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed polymer optical fiber is composed of 80,000 strands of poly (methyl methacrylate) (PMMA) and polystyrene (PS) that are randomly mixed and drawn into a square cross section optical fiber with a side width of 250 &mu;m. Initially, each strand is 200 &mu;m in diameter and 8-inches long. During the mixing process of the original fiber strands, the fibers cross over each other; however, a large draw ratio guarantees that the refractive index profile is invariant along the length of the fiber for several tens of centimeters. The large refractive index difference of 0.1 between the disordered sites results in a small localized beam radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers. The input light is launched from a standard single mode optical fiber using the butt-coupling method and the near-field output beam from the disordered fiber is imaged using a 40X objective and a CCD camera. The output beam diameter agrees well with the expected results from the numerical simulations. The disordered optical fiber presented in this work is the first device-level implementation of 2D Anderson localization, and can potentially be used for image transport and short-haul optical communication systems.

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. This microstructured fiber can transport a small localized beam with a radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers.

Fabricación y Caracterización de Polímeros desordenados Fibras ópticas para Transversal Anderson Localización de Luz

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed ...

Writing and Low-Temperature Characterization of Oxide Nanostructures

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions. Oxide interfaces exhibit a wide range of properties that can be controlled include conduction, piezoelectric behavior, ferromagnetism, superconductivity and nonlinear optical properties. Recently, methods for controlling these properties at extreme nanoscale dimensions have been discovered and developed. Here are described explicit step-by-step procedures for creating LaAlO3/SrTiO3 nanostructures using a reversible conductive atomic force microscopy technique. The processing steps for creating electrical contacts to the LaAlO3/SrTiO3 interface are first described. Conductive nanostructures are created by applying voltages to a conductive atomic force microscope tip and locally switching the LaAlO3/SrTiO3 interface to a conductive state. A versatile nanolithography toolkit has been developed expressly for the purpose of controlling the atomic force microscope (AFM) tip path and voltage. Then, these nanostructures are placed in a cryostat and transport measurements are performed. The procedures described here should be useful to others wishing to conduct research in oxide nanoelectronics.

Oxide nanostructures provide new opportunities for science and technology. The interfacial conductivity between LaAlO3 and SrTiO3 can be controlled with near-atomic precision using a conductive atomic force microscopy technique. The protocol for creating and measuring conductive nanostructures at LaAlO3/SrTiO3 interfaces is demonstrated.

La escritura y la caracterización de baja temperatura de óxido de Nanoestructuras

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions.  Oxide ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical Saturable Transitions (POST). In this technique the chemical properties of organic photochromic molecules that undergo single-photon reactions are exploited, enabling rapid top-down nanopatterning over large areas at low light intensities, thereby, allowing for the circumvention of the far-field diffraction barrier.4 Simple, cost-effective, high throughput and resolution alternatives to nanopatterning are being explored, such as, two-photon polymerization5,6, beam pen lithography (BPL)7, scanning electron beam lithography (SEBL), and focused ion beam (FIB) patterning. However, multi-photon approaches require high light intensities, which limit their potential for high throughput and offer low image contrast. Although, electron and ion beam lithographic processes offer increased resolution, the serial nature of the process is limited to slow writing speeds, which also prevents patterning of features over large areas. Beam-pen lithography is an approach towards parallel near-field optical lithography. However, the gap between the source of the beam and the surface of the photoresist needs to be controlled extremely precisely for good pattern uniformity and this is very challenging to accomplish for large arrays of beams. Patterning via Optical Saturable Transitions (POST) is an alternative optical nanopatterning technique for patterning sub-wavelength features1-3. Since this technique uses single photons instead of electrons, it is extremely fast and does not require high light intensities1-3, opening the door to massive parallelization.

We report that the diffraction limit of conventional optical lithography can be overcome by exploiting the transitions of organic photochromic derivatives induced by their photoisomerization at low light intensities.1-3 This paper outlines our fabrication technique and two locking mechanisms, namely: dissolution of one photoisomer and electrochemical oxidation.

Patrones través ópticos saturable Transiciones - Fabricación y Caracterización

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological and physical sciences over the past few decades. The progress made in this field invites further study of even smaller systems and at a larger scale, with tools that could be distributed more easily and made more widely available. Unfortunately, the fundamental laws of diffraction limit the minimum size of the focal spot of a laser beam, which makes particles smaller than a half-wavelength in diameter hard to trap and generally prevents an operator from discriminating between particles which are closer together than one half-wavelength. This precludes the optical manipulation of many closely-spaced nanoparticles and&#160;limits the&#160;resolution of optical-mechanical systems. Furthermore, manipulation using focused beams requires beam-forming or steering optics, which can be very bulky and expensive. To address these limitations in the system scalability of conventional optical trapping our lab has devised an alternative technique which utilizes near-field optics to move particles across a chip. Instead of focusing laser beams in the far-field, the optical near field of plasmonic resonators produces the necessary local optical intensity enhancement to overcome the restrictions of diffraction and manipulate particles at higher resolution. Closely-spaced resonators produce strong optical traps which can be addressed to mediate the hand-off of particles from one to the next in a conveyor-belt-like fashion. Here, we describe how to design and produce a conveyor belt using a gold surface patterned with plasmonic C-shaped resonators and how to operate it with polarized laser light to achieve super-resolution nanoparticle manipulation and transport. The nano-optical conveyor belt chip can be produced using lithography techniques and easily packaged and distributed.

The scalability and resolution of conventional optical manipulation techniques are limited by diffraction. We circumvent the diffraction limit and describe a method of optically transporting nanoparticles across a chip using a gold surface patterned with a path of closely spaced C-shaped plasmonic resonators.

Fabricación y operación de una banda transportadora nano-óptica

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Silicon Metal-oxide-semiconductor Quantum Dots for Single-electron Pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by quantum mechanical effects such as tunneling through single dopants, scattering via interface defects, and discrete trap charge states. However, progress in silicon technology has shown that these phenomena can be harnessed and exploited for a new class of quantum-based electronics. Among others, multi-layer-gated silicon metal-oxide-semiconductor (MOS) technology can be used to control single charge or spin confined in electrostatically-defined quantum dots (QD). These QD-based devices are an excellent platform for quantum computing applications and, recently, it has been demonstrated that they can also be used as single-electron pumps, which are accurate sources of quantized current for metrological purposes. Here, we discuss in detail the fabrication protocol for silicon MOS QDs which is relevant to both quantum computing and quantum metrology applications. Moreover, we describe characterization methods to test the integrity of the devices after fabrication. Finally, we give a brief description of the measurement set-up used for charge pumping experiments and show representative results of electric current quantization.

The fabrication process and experimental characterization techniques relevant to single-electron pumps based on silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots are discussed.

De silicio metal-óxido-semiconductor Quantum Dots para Bombeo solo electrón

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by ...

Phase Diagram Characterization Using Magnetic Beads as Liquid Carriers

Magnetic beads with ~1.9 &#181;m average diameter were used to transport microliter volumes of liquids between contiguous liquid segments with a tube for the purpose of investigating phase change of those liquid segments. The magnetic beads were externally controlled using a magnet, allowing for the beads to bridge the air valve between the adjacent liquid segments. A hydrophobic coating was applied to the inner surface of the tube to enhance the separation between two liquid segments. The applied magnetic field formed an aggregate cluster of magnetic beads, capturing a certain liquid amount within the cluster that is referred to as carry-over volume. A fluorescent dye was added to one liquid segment, followed by a series of liquid transfers, which then changed the fluorescence intensity in the neighboring liquid segment. Based on the numerical analysis of the measured fluorescence intensity change, the carry-over volume per mass of magnetic beads has been found to be ~2 to 3 &#181;l/mg. This small amount of liquid allowed for the use of comparatively small liquid segments of a couple hundred microliters, enhancing the feasibility of the device for a lab-in-tube approach. This technique of applying small compositional variation in a liquid volume was applied to analyzing the binary phase diagram between water and the surfactant C12E5 (pentaethylene glycol monododecyl ether), leading to quicker analysis with smaller sample volumes than conventional methods.

Here, we present a protocol to investigate multi-component phase diagrams using externally controlled magnetic beads as liquid carriers in a lab-in-tube approach. This approach can aid in applications that seek to gather further information on phase change in complex liquid systems.

Fase Diagrama Caracterización utilizando perlas magnéticas como vehículos líquidos

Magnetic beads with ~1.9 &#181;m average diameter were used to transport microliter volumes of liquids between contiguous liquid segments with a tube for ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications of semiconductor materials. However, it is still under debate how the defect structure determines the band structure, and therefore, the recombination behavior of electron-hole pairs responsible for the optical and electrical properties of the extended defects. The present paper is a survey of procedures for the spatially resolved investigation of structural and of physical properties of extended defects in semiconductor materials with a scanning electron microscope (SEM). Representative examples are given for crystalline silicon. The luminescence behavior of extended defects can be investigated by cathodoluminescence (CL) measurements. They are particularly valuable because spectrally and spatially resolved information can be obtained simultaneously. For silicon, with an indirect electronic band structure, CL measurements should be carried out at low temperatures down to 5 K due to the low fraction of radiative recombination processes in comparison to non-radiative transitions at room temperature. For the study of the electrical properties of extended defects, the electron beam induced current (EBIC) technique can be applied. The EBIC image reflects the local distribution of defects due to the increased charge-carrier recombination in their vicinity. The procedure for EBIC investigations is described for measurements at room temperature and at low temperatures. Internal strain fields arising from extended defects can be determined quantitatively by cross-correlation electron backscatter diffraction (ccEBSD). This method is challenging because of the necessary preparation of the sample surface and because of the quality of the diffraction patterns which are recorded during the mapping of the sample. The spatial resolution of the three experimental techniques is compared.

The optical, electrical, and structural properties of dislocations and of grain boundaries in semiconductor materials can be determined by experiments performed in a scanning electron microscope. Electron microscopy has been used to investigate cathodoluminescence, electron beam induced current, and diffraction of backscattered electrons.

Caracterización integral de defectos extendidos en materiales semiconductores por un microscopio electrónico de barrido

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of lithium-ion (Li-ion) batteries. However, a number of setbacks prevent their integration into commercial devices. The main limiting factor is due to nanoscale phenomena occurring at the electrode/electrolyte interfaces, ultimately leading to degradation of battery operation. These key problems are highly challenging to observe and characterize as these batteries contain multiple buried interfaces. One approach for direct observation of interfacial phenomena in thin film batteries is through the fabrication of electrochemically active nanobatteries by a focused ion beam (FIB). As such, a reliable technique to fabricate nanobatteries was developed and demonstrated in recent work. Herein, a detailed protocol with a step-by-step process is presented to enable the reproduction of this nanobattery fabrication process. In particular, this technique was applied to a thin film battery consisting of LiCoO2/LiPON/a-Si, and has further been previously demonstrated by in situ cycling within a transmission electron microscope.

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

A protocol for the fabrication of electrochemically active LiPON-based solid-state lithium-ion nanobatteries using a focused ion beam is presented.

Ion enfocado viga fabricación de Nanobatteries LiPON basado en estado sólido-ion de litio para la prueba In Situ

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of ...

Atmospheric Pressure Fabrication of Large-Sized Single-Layer Rectangular SnSe Flakes

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for applications in two-dimensional nanoelectronics devices. Although many methods to synthesize SnSe nanocrystals have been developed, a simple way to fabricate large-sized single-layer SnSe flakes remains a great challenge. Herein, we show the experimental method to directly grow large-sized single-layer rectangular SnSe flakes on commonly used SiO2/Si insulating substrates using a straightforward two-step fabrication method in an atmospheric pressure quartz tube furnace system. The single-layer rectangular SnSe flakes with an average thickness of ~6.8 &#197; and lateral dimensions of about 30 &#181;m &#215; 50 &#181;m were fabricated by a combination of vapor transport deposition technique and nitrogen etching route. We characterized the morphology, microstructure, and electrical properties of the rectangular SnSe flakes and obtained excellent crystallinity and good electronic properties. This article about the two-step fabrication method can help researchers grow other similar two-dimensional, large-sized, single-layer materials using an atmospheric pressure system.

A protocol is presented demonstrating a two-step fabrication technique to grow large-sized single-layer rectangular shaped SnSe flakes on low-cost SiO2/Si dielectrics wafers in an atmospheric pressure quartz tube furnace system.

Presión atmosférica fabricación de escamas de gran tamaño SnSe Rectangular de una sola capa

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for ...