Este trabajo fue financiado por el Consejo Nacional de ciencia, Taiwán bajo contrato no. MÁS 105-2112-M-003-016-MY3. Este trabajo también fue apoyado en parte por el laboratorio de la e-beam en ingeniería eléctrica de la Universidad Nacional de Taiwán y Nano dispositivo laboratorios nacionales.

1. proceso de fabricación de transistores cuasi heterojunction 2D
<ol><li>Preparar el zafiro c-avión comercial.<ol>
<li>Lave el zafiro pulido todo solo-lado (2 pulgadas) con acetona.</li>
		<li>Enjuagar el sustrato de zafiro con alcohol isopropílico.</li>
	</ol></li>
	<li>Crecer MoS2 sobre sustrato de zafiro con ECV en un horno de pared caliente.<ol>
<li>0,6 g de molibdeno trióxido (MoO3) polvo en un barco de cuarzo está localizado en la calefacción centro de la zona del horno. Ponga el sustrato de zafiro abajo junto al barco de cuarzo que contiene el polvo de MoO3 .</li>
		<li>Preparar el polvo de azufre (S) en un barco de cuarzo separado en el lado aguas arriba del horno. Mantener la temperatura a 190 ° C durante la reacción.</li>
		<li>Utilizar argón (Ar = 70 sccm, 40 Torr) gas flujo para traer los vapores3 S y MoO en el substrato de zafiro mientras que calefacción en la zona centro a 750 ° C.</li>
		<li>Mantener la zona de cocción, después de alcanzar la temperatura deseada del crecimiento de 750 ° C, durante 15 minutos y luego enfriar el horno a temperatura natural.</li>
	</ol></li>
	<li>Realizar EBL. Nota: Un Au fino de aproximadamente 5 nm fue depositada por sputtering para descarga durante todos los procesos de EBL sobre sustrato de zafiro<ol>
<li>Identificar, mediante un microscopio óptico, una zona donde se observan escamas de monocapa de2 MoS, luego diseñar el diseño de patrón de la raya para área específica usando un software de diseño (AutoCAD).</li>
		<li>Spin-escudo fotoprotector (PR), por ejemplo polimetacrilato (PMMA) o P015, encima de la muestra a 2000 rpm por 60 s (temperatura ambiente). Asegúrese de que el PR ha cubierto toda la muestra después de la capa de la vuelta.</li>
		<li>Calentar la muestra (Cueza al horno suave) a 100 ° C por 90 s para evaporar los solventes en el PR y mejorar la adhesión.</li>
		<li>El diseño de patrón de paso 1.3.1 a convertir un archivo específico (ejemplo: archivo GDS) y subir en el software EBL.</li>
		<li>Determinar la dosis ideal de haz electrónico basado en la anchura de las líneas en el diseño. Nota: Para ancho de línea menor de 1 μm, la dosis ideal de haz de electrones es 110 μC/cm2; de 1 a 5 μm ancho de línea, la dosis es de 100 μC/cm2; y para más de 5 μm de grosor de línea, la dosis es 80 μC/cm2.</li>
		<li>Empezar a exponer la muestra al haz de electrones.</li>
		<li>Aplicar post-exposición cueza al horno (PEB) en la muestra después de la exposición con el fin de reducir los efectos de la onda. Calentar la muestra a 120 ° C por 90 s.</li>
		<li>Uso de Tetrametilamonio hidróxido (TMAH) 2.38% como desarrollador. Sumerja la muestra de TMAH de 80 s. lavado hacia fuera la TMAH con 200 mL de agua desionizada durante 10 s.</li>
		<li>Examinar si el patrón está bien desarrollado por microscopía óptica.</li>
		<li>Llevar a cabo cuece al horno duro deshacerse de agua extra en PR. calor la muestra a 110 ° C por 90 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Definir las estructuras de la raya usando 50 grabado de plasma de oxígeno (O2) W (1st aguafuerte) durante 30 s a 2 min y quitar PR con 50 mL de acetona.</li>
	<li>Crecer el diselenide de tungsteno (WSe2) mediante CVD en la ubicación de destino, que se traducirá en un crecimiento preferido de WSe2 capa entre las franjas de2 MoS ya existentes en el substrato del zafiro.<ol>
<li>0.6 g de polvo de tungsteno trióxido (WO3) en un barco de cuarzo está localizado en la calefacción centro de la zona del horno. Ponga el sustrato de zafiro abajo junto al barco de cuarzo que contiene el polvo de3 WO.</li>
		<li>Preparar el polvo de selenio (Se) en un barco de cuarzo separado en el lado aguas arriba del horno. Mantener la temperatura a 260 º C durante la reacción.</li>
		<li>El uso de Ar/H2 (Ar = 90 sccm, H2 = 6 sccm, 20 Torr) gas flujo para traer los vapores3 Se y ay en el substrato de zafiro mientras que calefacción en la zona centro a 925 ° C.</li>
		<li>Mantener la zona de cocción, después de alcanzar la temperatura deseada del crecimiento de 925 ° C, durante 15 minutos y luego enfriar el horno a temperatura natural.</li>
	</ol></li>
	<li>Fabricar los arreglos de discos de metal pad y marcas de alineación.<ol>
<li>Superposición de los patrones de arreglos de discos de metal pad y alineación de las marcas utilizando Fotolitografía patrones técnica.</li>
		<li>Depósito 20 nm/60 nm Ti/Au con la evaporador arma de electrón. Nota: El oro se utiliza para evitar la oxidación de los electrodos de metal.</li>
		<li>Preparar y sumerja la muestra a 100 mL de acetona para disolver PR y realizar el despegue. Agitar y explotar la acetona mientras monitorea todo el proceso a través de microscopía óptica hasta que las almohadillas de metal llegan a ser evidentes.</li>
	</ol></li>
	<li>Realizar otro proceso de leucosis enzoótica bovina para la superposición de un patrón de forma de cinta en la parte superior el MoS2- WSe2 heterounión.<ol>
<li>Medir el desplazamiento de coordenadas entre los lugares de destino en el MoS2- WSe2 heterounión y las marcas de alineación mediante microscopía óptica y diseñar el esquema de forma de cinta según estas mediciones mediante un software (AutoCAD).</li>
		<li>Spin-escudo de PR, por ejemplo PMMA o P015, encima de la muestra a 2000 rpm por 60 s (temperatura ambiente). Asegúrese de que el PR ha cubierto toda la muestra después de la capa de la vuelta.</li>
		<li>Calentar la muestra (Cueza al horno suave) a 100 ° C por 90 s para evaporar los solventes en el PR y mejorar la adhesión.</li>
		<li>El diseño de patrón de paso 1.7.1 a convertir un archivo específico (ejemplo: archivo GDS) y subir en el software EBL.</li>
		<li>Determinar la dosis ideal de haz electrónico basado en la anchura de las líneas en el diseño. Nota: Para ancho de línea menor de 1 μm, la dosis ideal de haz de electrones es 110 μC/cm2; de 1 a 5 μm ancho de línea, la dosis es de 100 μC/cm2; y para más de 5 μm de grosor de línea, la dosis es 80 μC/cm2.</li>
		<li>Configurar la máquina EBL tales que la posición de las marcas de alineación en el sustrato de zafiro coincide con su correspondencia en la disposición.</li>
		<li>Empezar a exponer la muestra al haz de electrones.</li>
		<li>Aplicar PEB en la muestra después de la exposición con el fin de reducir los efectos de la onda. Calentar la muestra a 120 ° C por 90 s.</li>
		<li>Uso de TMAH 2.38% como desarrollador. Sumerja la muestra de TMAH de 80 s. lavado hacia fuera la TMAH con 200 mL de agua desionizada para 10 s.</li>
		<li>Examinar si el patrón está bien desarrollado por microscopía óptica.</li>
		<li>Llevar a cabo cuece al horno duro deshacerse de agua extra en PR. calor la muestra a 110 ° C por 90 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Utilizar aguafuerte del plasma de O2 (2nd grabado) para definir una heterounión lateral en forma de cinta y quitar PR por la acetona.</li>
	<li>Realizar el proceso EBL para superponer el patrón de los electrodos de Ti/Au metal.<ol>
<li>Medir el desplazamiento de coordenadas entre los lugares de destino en el MoS2- WSe2 heterounión y las marcas de alineación mediante microscopía óptica y diseño de la disposición de electrodos metálicos basada en estas medidas mediante un software (AutoCAD).</li>
		<li>Spin-escudo de PR, por ejemplo PMMA o P015, encima de la muestra a 2000 rpm por 60 s (temperatura ambiente). Asegúrese de que el PR ha cubierto toda la muestra después de la capa de la vuelta.</li>
		<li>Calentar la muestra (Cueza al horno suave) a 100 ° C por 90 s para evaporar los solventes en el PR y mejorar la adhesión.</li>
		<li>El diseño de patrón de paso 1.9.1 a convertir un archivo específico (ejemplo: archivo GDS) y subir en el software EBL.</li>
		<li>Determinar la dosis ideal de haz electrónico basado en la anchura de las líneas de metal en el diseño. Nota: Para ancho de metal línea menor de 1 μm, la dosis ideal de haz de electrones es 110 μC/cm2; de 1 a 5 μm ancho de línea, la dosis es de 100 μC/cm2; y para más de 5 μm de grosor de línea, la dosis es 80 μC/cm2.</li>
		<li>Configurar la máquina EBL tal que las posiciones de las marcas de alineación en el sustrato de zafiro coincide con su correspondencia en la disposición.</li>
		<li>Empezar a exponer la muestra al haz de electrones.</li>
		<li>Aplicar PEB en la muestra después de la exposición con el fin de reducir los efectos de la onda. Calentar la muestra a 120 ° C por 90 s.</li>
		<li>Uso de TMAH 2.38% como desarrollador. Sumerja la muestra de TMAH de 80 s. lavado hacia fuera la TMAH con 200 mL de agua desionizada para 10 s.</li>
		<li>Examinar si el patrón está bien desarrollado por microscopía óptica.</li>
		<li>Llevar a cabo cuece al horno duro deshacerse de agua extra en PR. calor la muestra a 110 ° C por 90 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Realizar el despegue y la deposición de Metal de Ti/Au<ol>
<li>Depósito del metal del Ti/Au mediante cañón de electrones evaporador con el grosor de menos de 100 nm, de lo contrario, será difícil eliminar el PR y el metal no deseado despegue.</li>
		<li>Preparar y sumerja la muestra a 100 mL de acetona para disolver PR y realizar el despegue. Agite y soplar la acetona mientras monitorea todo el proceso a través de microscopía óptica hasta que hay sólo líneas de metal y cojines a la izquierda.</li>
	</ol></li>
	<li>Realizar el proceso EBL en paso 1.9 pero superponer el patrón del electrodo metal Pd/Au en vez de Ti/Au.</li>
	<li>Realizar el proceso de deposición y despegue metal en paso 1.10 pero depositar Pd/Au en vez de Ti/Au.</li>
</ol>2. proceso de fabricación de transistores de espalda cerrada 2D
<ol><li>Preparar el back Country Si/SiO2 sustratos con marcas de alineación.<ol>
<li>Preparación casera o comercial SiO2/Si sustrato.</li>
		<li>Utilice Fotolitografía o EBL modelar técnicas para definir la marca de alineación.</li>
		<li>Realizar iones reactivos (RIE) de la aguafuerte en el SiO2/Si sustrato hasta que la profundidad total de la zona de destino llegue a 1000 nm y retire el PR O2 de plasma para revelar las marcas de alineación formada.</li>
		<li>Superposición de los patrones de matrices de cojín del metal usando patrones técnica de fotolitografía.</li>
		<li>Depósito 20 nm/60 nm Ti/Au con la evaporador arma de electrón. Nota: El oro se utiliza para evitar la oxidación de los electrodos de metal.</li>
		<li>Preparar y sumerja la muestra a 100 mL de acetona para disolver PR y realizar el despegue. Agitar y explotar la acetona mientras monitorea todo el proceso por microscopía óptica hasta que las almohadillas de metal llegan a ser evidentes.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Realizar CVD de MoS2 sobre sustrato de zafiro en un horno de pared caliente.<ol>
<li>0,6 g de MoO3 polvo en un barco de cuarzo está localizado en la calefacción centro de la zona del horno. Ponga el sustrato de zafiro abajo junto al barco de cuarzo que contiene el polvo de MoO3 .</li>
		<li>Preparar el polvo de S en un barco de cuarzo separado en el lado aguas arriba del horno. Mantener la temperatura a 190 ° C durante la reacción.</li>
		<li>Utilizar argón (Ar = 70 sccm, 40 Torr) gas flujo para traer los vapores3 S y MoO en el substrato de zafiro mientras que calefacción en la zona centro a 750 ° C.</li>
		<li>Mantener la zona de cocción, después de alcanzar la temperatura deseada del crecimiento de 750 ° C, durante 15 minutos y luego enfriar el horno a temperatura natural.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Transferencia de MoS2 de zafiro al back-Country SiO2/Si sustrato.<ol>
<li>Capa de vuelta PMMA con la velocidad de 3500 rpm para 30 s encima de la película del MoS2 .</li>
		<li>Hornear el Verdemar de2MoS muestra a 120 ° C por 3 min con el fin de fortalecer la capa de PMMA.</li>
		<li>DIP el MoS2muestra de Verdemar en 50 mL de solución de amoníaco (14.5%) para alrededor de 30 min a 2 h para separar la película de2 MoS el sustrato de zafiro.</li>
		<li>Coge la película y transferencia al sustrato /Si SiO2.</li>
		<li>Cueza al horno la muestra de MoS2/SiO2/Si para mejorar la adherencia entre el MoS2 y SiO2 capas. Calentar la muestra a 120 ° C unos 30 min a 1 h.</li>
		<li>Retire el PMMA por lavado con 30 mL de acetona por alrededor de 30 min a 2 h.</li>
		<li>Enjuague la muestra con alcohol isopropílico y para soplar seca con nitrógeno.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Realizar EBL. Nota: No es ninguna Au fino depositado en SiO2/Si sustrato durante proceso de leucosis enzoótica bovina ya que Si de alguna manera es conductora.<ol>
<li>Medir el desplazamiento de coordenadas entre los lugares de destino y la alineación marca mediante microscopía óptica y, basado en estas mediciones, diseño el diseño del patrón de los electrodos de metal usando un software de diseño. Nota: Electrodos de Metal conectan los puntos de destino en la muestra de2 MoS a las almohadillas de metal en el sustrato de /Si SiO2.</li>
		<li>Spin-escudo de PR, por ejemplo PMMA o P015, encima de la muestra a 2000 rpm por 60 s (temperatura ambiente). Asegúrese de que el PR ha cubierto toda la muestra.</li>
		<li>Calentar la muestra (Cueza al horno suave) a 100 ° C por 90 s para evaporar los solventes en el PR y mejorar la adhesión.</li>
		<li>El diseño de patrón de paso 2.4.1 a convertir un archivo específico (ejemplo: archivo GDS) y subir en el software EBL.</li>
		<li>Determinar la dosis ideal de haz electrónico basado en la anchura de las líneas de metal en el diseño. Nota: Para ancho de metal línea menor de 1 μm, la dosis ideal de haz de electrones es 110 μC/cm2; de 1 a 5 μm ancho de línea, la dosis es de 100 μC/cm2; y para más de 5 μm de grosor de línea, la dosis es 80 μC/cm2.</li>
		<li>Configurar la máquina EBL tales que la posición de las marcas de alineación en el substrato de Si/SiO2 coincide con su correspondencia en la disposición.</li>
		<li>Empezar a exponer la muestra al haz de electrones.</li>
		<li>Aplicar PEB en la muestra después de la exposición con el fin de reducir los efectos de la onda. Calentar la muestra a 120 ° C por 90 s.</li>
		<li>Uso de TMAH 2.38% como desarrollador. Sumerja la muestra de TMAH de 80 s. lavado hacia fuera la TMAH con 200 mL de agua desionizada durante 10 s.</li>
		<li>Examinar si el patrón está bien desarrollado por microscopía óptica.</li>
		<li>Llevar a cabo cuece al horno duro deshacerse de agua extra en PR. calor la muestra a 110 ° C por 90 s.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Realizar el despegue y la deposición de Metal de Au<ol>
<li>Depósito del metal Au mediante cañón de electrones evaporador con el grosor de menos de 100 nm, de lo contrario, será difícil eliminar el PR y el metal no deseado despegue.</li>
		<li>Preparar y sumerja la muestra a 100 mL de acetona para disolver PR y realizar el despegue. Agite y soplar la acetona vigilando el proceso a través de microscopía óptica hasta que hay sólo líneas de metal y cojines a la izquierda.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
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Los autores no tienen nada que revelar.

En este artículo, se demuestran los procedimientos detallados de fabricación nueva electrónica basada en materiales 2D en escala nanométrica. Puesto que los procedimientos de preparación de muestra de cada aplicación tienen diferencias entre sí, los procesos comprometidos fueron tratados como el protocolo. Electrón viga patrón combinado con determinación de ubicación material y electrodos metálicos definición sirve así como el protocolo aquí. Entre los dos tipos de dispositivos mencionados, fueron presenta...

Desde pasadas décadas, la humanidad ha experimentado rápido convertir el tamaño de los transistores y, en consecuencia, un aumento exponencial en el número de transistores en circuitos integrados (ICs). Esto mantiene el progreso continuo de tecnología de silicio semiconductor de óxido metálico complementario (CMOS)1. Además, esta tendencia actual en el tamaño y el funcionamiento de los dispositivos fabricados están todavía en pista con la ley de Moore, que afirma que el número de transistores en chips electrónicos, así como su rendimiento duplica aproximadamente cada dos años2. Los transistores CMOS están presentes en la mayoría, si no todos, de los dispositivos electrónicos disponibles en el mercado y por lo que es una parte integral de la vida humana. Debido a esto, hay continuas demandas para mejoras en rendimiento y tamaño de la viruta que han estado presionando a los fabricantes a seguir la pista de ley de Moore.
Desafortunadamente, la ley de Moore parece estar llegando a su fin debido a la cantidad de calor generado como más circuitería de silicio se exprime en una pequeña área2. Esto requiere nuevos tipos de materiales que pueden proporcionar el mismo, si no mejor, actuación como silicio y, al mismo tiempo, se puede implementar en una escala relativamente menor. Recientemente, nuevos materiales promisorios han sido objeto de muchas investigaciones de la ciencia de los materiales. Materiales tales como unidimensional (1D) carbono nanotubos3,4,5,6,7, grafeno 2D8,9,10, 11 , 12y metal de la transición dichalcogenides (TMDs)13,14,15,16,17,la18, son buenos candidatos que pueden ser utilizados como sustituir la CMOS basados en silicio y continuar pista de ley de Moore.
Fabricación de dispositivos de pequeña escala requiere cuidadosa determinación de la ubicación del material para proceder con éxito a las otras técnicas de fabricación tales como la definición de electrodo de metal y litografía. Por lo tanto, el método presentado en este trabajo fue diseñado para responder a esta necesidad. Comparado con la fabricación de semiconductores tradicionales técnicas19, el enfoque presentado en este trabajo es adaptar-cabido para el desarrollo de pequeños dispositivos que necesita más atención en términos de encontrar la ubicación del material. El objetivo de este método es fiable fabricar nanomateriales 2D dispositivos, tales como transistores de back Country 2D y Q-HBTs, utilizando procesos de fabricación estándar. Esto puede servir como una plataforma para desarrollos futuros nanodispositivo que allana el camino hacia la producción de nano-escala avanzada futuros dispositivos.
En la sección de procedimiento, el proceso de fabricación de dispositivos 2D materiales, a saber, el Q-HBT y 2D transistor bloqueado detrás se discute en detalle. Electrón viga patrón combinado con determinación de ubicación material y electrodos metálicos definición comprende el protocolo ya que están obligados en los dos procesos mencionados. Parte 1 discute el proceso de fabricación paso a paso de HBTs Q20; y parte 2 muestra un enfoque universal para obtener disulfuro de molibdeno (ECV) la deposición de vapor químico (MoS2) transistores cerrada detrás de la transferencia a despegue21, que se ha demostrado completamente en el artículo. Se muestra el flujo de proceso detallado (figura 1).

<table><tbody><tr><td>E-gun Evaporator</td><td>AST</td><td>PEVA 600I</td><td></td></tr><tr><td>Au slug, 99.99%</td><td>Well-Being Enterprise Co</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Ti slug, 99.99%</td><td>Well-Being Enterprise Co</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>E-beam Lithography System</td><td>Elionix</td><td>ELS7500-EX</td><td></td></tr><tr><td>Cold Wall CVD System</td><td>Sulfur Science</td><td>SCW600S</td><td></td></tr><tr><td>C-plane Sapphire substrate</td><td>Summit-Tech</td><td>X171999</td><td>(0001) &amp;plusmn; 0.2 &amp;deg; one side polished</td></tr><tr><td>100 nm SiO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;/Si</td><td></td><td></td><td>Fabricated in NDL</td></tr><tr><td>Ammonia Solution</td><td>BASF</td><td>Ammonia Solution 28% Selectipur</td><td></td></tr><tr><td>Molybdenum (Mo), 99.95%</td><td>Summit-Tech</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Tungsten (W), 99.95%</td><td>Summit-Tech</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Sulfur (S), 99.5%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>13803</td><td></td></tr><tr><td>Polymethyl Methacrylate (PMMA)</td><td>Microchem</td><td>8110788</td><td>Use for transfer process</td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>Laurell</td><td>WS 400B 6NPP LITE</td><td></td></tr><tr><td>Acetone</td><td>BASF</td><td>Acetone EL Selectipur</td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol (IPA)</td><td>BASF</td><td>2-Propanol UPS</td><td></td></tr><tr><td>Photo Resist for EBL</td><td>TOK</td><td>TDUR-P-015</td><td></td></tr><tr><td>Plasma Cleaner</td><td>Harrick Plasma</td><td>PDC-32G</td><td>Oxygen plasma</td></tr></tbody></table>

a standard and reliable method to fabricate two-dimensional nanoelectronics

Dos dimensiones materiales (2D) han atraído gran atención debido a sus propiedades y posibles aplicaciones. Desde oblea escala síntesis de materiales 2D todavía está en etapas incipientes, científicos no pueden depender totalmente técnicas semiconductores tradicionales para investigaciones relacionadas. Delicados procesos de localización de los materiales a la definición de electrodo deben ser bien controladas. En este artículo, un protocolo universal de fabricación requeridos en la fabricación de electrónica a nanoescala, como 2D cuasi-heterojunction bipolar transistores (Q-HBT) y transistores de back Country 2D están demostradas. Este protocolo incluye la determinación de la posición material, litografía por haz de electrones (EBL), definición de electrodo metal, et al. También se presentan un relato paso a paso los procedimientos de fabricación de estos dispositivos. Además, los resultados muestran que cada uno de los dispositivos fabricados ha logrado alto rendimiento con alta repetibilidad. Este trabajo revela una descripción completa del flujo de proceso para la preparación de nanoelectrónica 2D, permite a los grupos de investigación acceder a esta información y allanar el camino hacia la electrónica futuro.

Los procesos de fabricación del dispositivo se han aplicado a varias de las investigaciones del autor correspondiente que involucra el desarrollo de dispositivos de material 2D. En esta parte, se presentan los resultados de algunas de estas investigaciones para demostrar la efectividad del protocolo discutido arriba. Una monocapa de WSe lateral2-MoS2 HBT Q20 es seleccionado como el primer ejemplo. Mediante los procesos de fabricación de disp...

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A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

El artículo pretende introducir un procedimiento de fabricación estándar y fiable para el desarrollo de futura nanoelectrónica dimensional bajo.

Un método estándar y fiable para la fabricación nanoelectrónica bidimensional

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D ...

a-standard-reliable-method-to-fabricate-two-dimensional

Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K vistas.  National Taiwan Normal University. El artículo pretende introducir un procedimiento de fabricación estándar y fiable para el desarrollo de futura nanoelectrónica dimensional bajo.

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Fabricating Nanogaps by Nanoskiving

There are several methods of fabricating nanogaps with controlled spacings, but the precise control over the sub-nanometer spacing between two electrodes-and generating them in practical quantities-is still challenging. The preparation of nanogap electrodes using nanoskiving, which is a form of edge lithography, is a fast, simple and powerful technique. This method is an entirely mechanical process which does not include any photo- or electron-beam lithographic steps and does not require any special equipment or infrastructure such as clean rooms. Nanoskiving is used to fabricate electrically addressable nanogaps with control over all three dimensions; the smallest dimension of these structures is defined by the thickness of the sacrificial layer (Al or Ag) or self-assembled monolayers. These wires can be manually positioned by transporting them on drops of water and are directly electrically-addressable; no further lithography is required to connect them to an electrometer.

The fabrication of electrically addressable, high-aspect-ratio (> 1000:1) metal nanowires separated by gaps of single nanometers using either sacrificial layers of aluminum and silver or self-assembled monolayers as templates is described. These nanogap structures are fabricated without a clean room or any photo- or electron-beam lithographic processes by a form of edge lithography known as nanoskiving.

Fabricación Nanogaps por Nanoskiving

There are several methods of fabricating nanogaps with controlled spacings, but the precise control over the sub-nanometer spacing between two ...

Investigación

Química

A Method to Fabricate Disconnected Silver Nanostructures in 3D

The standard nanofabrication toolkit includes techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating metal patterns on a submicron scale requires a combination of nanofabrication tools and several material processing steps. For example, steps to create planar metal structures using ultraviolet photolithography and electron-beam lithography can include sample exposure, sample development, metal deposition, and metal liftoff. To create 3D metal structures, the sequence is repeated multiple times. The complexity and difficulty of stacking and aligning multiple layers limits practical implementations of 3D metal structuring using standard nanofabrication tools. Femtosecond-laser direct-writing has emerged as a pre-eminent technique for 3D nanofabrication.1,2 Femtosecond lasers are frequently used to create 3D patterns in polymers and glasses.3-7 However, 3D metal direct-writing remains a challenge. Here, we describe a method to fabricate silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm. The method enables the fabrication of patterns not feasible using other techniques, such as 3D arrays of disconnected silver voxels.8 Disconnected 3D metal patterns are useful for metamaterials where unit cells are not in contact with each other,9 such as coupled metal dot10,11or coupled metal rod12,13 resonators. Potential applications include negative index metamaterials, invisibility cloaks, and perfect lenses.
In femtosecond-laser direct-writing, the laser wavelength is chosen such that photons are not linearly absorbed in the target medium. When the laser pulse duration is compressed to the femtosecond time scale and the radiation is tightly focused inside the target, the extremely high intensity induces nonlinear absorption. Multiple photons are absorbed simultaneously to cause electronic transitions that lead to material modification within the focused region. Using this approach, one can form structures in the bulk of a material rather than on its surface.
Most work on 3D direct metal writing has focused on creating self-supported metal structures.14-16 The method described here yields sub-micrometer silver structures that do not need to be self-supported because they are embedded inside a matrix. A doped polymer matrix is prepared using a mixture of silver nitrate (AgNO3), polyvinylpyrrolidone (PVP) and water (H2O). Samples are then patterned by irradiation with an 11-MHz femtosecond laser producing 50-fs pulses. During irradiation, photoreduction of silver ions is induced through nonlinear absorption, creating an aggregate of silver nanoparticles in the focal region. Using this approach we create silver patterns embedded in a doped PVP matrix. Adding 3D translation of the sample extends the patterning to three dimensions.

Femtosecond-laser direct-writing is frequently used to create three-dimensional (3D) patterns in polymers and glasses. However, patterning metals in 3D remains a challenge. We describe a method for fabricating silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm.

Un método para fabricar nanoestructuras desconectados de plata en 3D

The standard nanofabrication toolkit includes  techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating  metal patterns on a ...

Ingeniería

Nanomoulding of Functional Materials, a Versatile Complementary Pattern Replication Method to Nanoimprinting

We describe a nanomoulding technique which allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks and full devices. Nanomoulding combined with layer transfer enables the replication of arbitrary surface patterns from a master structure onto the functional material. Nanomoulding can be performed on any nanoimprinting setup and can be applied to a wide range of materials and deposition processes. In particular we demonstrate the fabrication of patterned transparent zinc oxide electrodes for light trapping applications in solar cells.

We describe a nanomoulding technique which allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks and full devices. Nanomoulding can be performed on any nanoimprinting setup and can be applied to a wide range of materials and deposition processes.

Nanomoulding de Functional Materials, un versátil método complementario para la replicación de patrones para nanoimpresión

We describe a nanomoulding technique which  allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks  and full devices. Nanomoulding ...

Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and entanglement, to solve certain problems exponentially faster than with the best known algorithms on a classical computer. Gate-defined lateral quantum dots on GaAs/AlGaAs are one of many avenues explored for the implementation of a qubit. When properly fabricated, such a device is able to trap a small number of electrons in a certain region of space. The spin states of these electrons can then be used to implement the logical 0 and 1 of the quantum bit. Given the nanometer scale of these quantum dots, cleanroom facilities offering specialized equipment- such as scanning electron microscopes and e-beam evaporators- are required for their fabrication. Great care must be taken throughout the fabrication process to maintain cleanliness of the sample surface and to avoid damaging the fragile gates of the structure. This paper presents the detailed fabrication protocol of gate-defined lateral quantum dots from the wafer to a working device. Characterization methods and representative results are also briefly discussed. Although this paper concentrates on double quantum dots, the fabrication process remains the same for single or triple dots or even arrays of quantum dots. Moreover, the protocol can be adapted to fabricate lateral quantum dots on other substrates, such as Si/SiGe.

This paper presents a detailed fabrication protocol for gate-defined semiconductor lateral quantum dots on gallium arsenide heterostructures. These nanoscale devices are used to trap few electrons for use as quantum bits in quantum information processing or for other mesoscopic experiments such as coherent conductance measurements.

Nanofabrication de Puerta definidos GaAs / AlGaAs laterales puntos cuánticos

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned and bonded silicon wafers. Unlike confinements in porous materials often used for these types of experiments3, bonded wafers provide predesigned uniform spaces for confinement. The geometry of each cell is well known, which removes a large source of ambiguity in the interpretation of data.
Exceptionally flat, 5 cm diameter, 375 &#181;m thick Si wafers with about 1 &#181;m variation over the entire wafer can be obtained commercially (from Semiconductor Processing Company, for example). Thermal oxide is grown on the wafers to define the confinement dimension in the z-direction. A pattern is then etched in the oxide using lithographic techniques so as to create a desired enclosure upon bonding. A hole is drilled in one of the wafers (the top) to allow for the introduction of the liquid to be measured. The wafers are cleaned2 in RCA solutions and then put in a microclean chamber where they are rinsed with deionized water4. The wafers are bonded at RT and then annealed at ~1,100 &#176;C. This forms a strong and permanent bond. This process can be used to make uniform enclosures for measuring thermal and hydrodynamic properties of confined liquids from the nanometer to the micrometer scale.

A method for permanently bonding two silicon wafers so as to realize a uniform enclosure is described. This includes wafer preparation, cleaning, RT bonding, and annealing processes. The resulting bonded wafers (cells) have uniformity of enclosure ~1%1,2. The resulting geometry allows for measurements of confined liquids and gasses.

Fabricación De Cavidades Uniformes A Nanoescala A Través De La Unión Directa De Obleas De Silicio

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

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 ...

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

La fabricación de nanoestructuras Atómicamente trazable

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive thin-films. Due to the low growth temperature, the process allows integration with modern low-&#954; dielectrics and some flexible substrates. The process is compatible with standard semiconductor fabrication, and a method for the fabrication of electrical 4-point probe test structures for vertical interconnect test structures is presented. Using scanning electron microscopy the morphology of the CNT bundles is investigated, which demonstrates vertical alignment of the CNT and can be used to tune the CNT growth time. With Raman spectroscopy the crystallinity of the CNT is investigated. It was found that the CNT have many defects, due to the low growth temperature. The electrical current-voltage measurements of the test vertical interconnects displays a linear response, indicating good ohmic contact was achieved between the CNT bundle and the top and bottom metal electrodes. The obtained resistivities of the CNT bundle are among the average values in the literature, while a record-low CNT growth temperature was used.

A method for the growth of low temperature vertically-aligned carbon nanotubes, and the subsequent fabrication of vertical interconnect electrical test structures using semiconductor fabrication is presented.

Fabricación de Baja Temperatura de nanotubos de carbono Interconexiones verticales Compatible con la tecnología de semiconductores

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive ...

Fabrication of Nanopillar-Based Split Ring Resonators for Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR is not affected by environmental characteristics such as the temperature and pressure surrounding the resonator. Electromagnetic radiation in THz frequencies is biocompatible, which is a critical condition especially for the application of the biomolecular sensing. However, the quality factor (Q-factor) and frequency responses of traditional thin-film based split ring resonator (SRR) MMs are very low, which limits their sensitivities and selectivity as sensors. In this work, novel nanopillar-based SRR MMs, utilizing displacement current, are designed to enhance the Q-factor up to 450, which is around 45 times higher than that of traditional thin-film-based MMs. In addition to the enhanced Q-factor, the nanopillar-based MMs induce a larger frequency shifts (17 times compared to the shift obtained by the traditional thin-film based MMs). Because of the significantly enhanced Q-factors and frequency shifts as well as the property of biocompatible radiation, the THz nanopillar-based SRR are ideal MMs for the development of biomolecular sensors with high sensitivity and selectivity without inducing damage or distortion to biomaterials. A novel fabrication process has been demonstrated to build the nanopillar-based SRRs for displacement current mediated THz MMs. A two-step gold (Au) electroplating process and an atomic layer deposition (ALD) process are used to create sub-10 nm scale gaps between Au nanopillars. Since the ALD process is a conformal coating process, a uniform aluminum oxide (Al2O3) layer with nanometer-scale thickness can be achieved. By sequentially electroplating another Au thin film to fill the spaces between Al2O3 and Au, a close-packed Au-Al2O3-Au structure with nano-scale Al2O3 gaps can be fabricated. The size of the nano-gaps can be well defined by precisely controlling the deposition cycles of the ALD process, which has an accuracy of 0.1 nm.

A protocol for the design and fabrication of a novel nanopillar-based split ring resonator (SRR) is presented.

La fabricación de resonadores de anillo partido basadas en nanopilares para la corriente de desplazamiento mediadas resonancias en terahercios metamateriales

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR ...

Fabrication of Nanoheight Channels Incorporating Surface Acoustic Wave Actuation via Lithium Niobate for Acoustic Nanofluidics

Controlled nanoscale manipulation of fluids is known to be exceptionally difficult due to the dominance of surface and viscous forces. Megahertz-order surface acoustic wave (SAW) devices generate tremendous acceleration on their surface, up to 108 m/s2, in turn responsible for many of the observed effects that have come to define acoustofluidics: acoustic streaming and acoustic radiation forces. These effects have been used for particle, cell, and fluid manipulation at the microscale, although more recently SAW has been used to produce similar phenomena at the nanoscale through an entirely different set of mechanisms. Controllable nanoscale fluid manipulation offers a broad range of opportunities in ultrafast fluid pumping and biomacromolecule dynamics useful for physical and biological applications. Here, we demonstrate nanoscale-height channel fabrication via room-temperature lithium niobate (LN) bonding integrated with a SAW device. We describe the entire experimental process including nano-height channel fabrication via dry etching, plasma-activated bonding on lithium niobate, the appropriate optical setup for subsequent imaging, and SAW actuation. We show representative results for fluid capillary filling and fluid draining in a nanoscale channel induced by SAW. This procedure offers a practical protocol for nanoscale channel fabrication and integration with SAW devices useful to build upon for future nanofluidics applications.

We demonstrate fabrication of nanoheight channels with the integration of surface acoustic wave actuation devices upon lithium niobate for acoustic nanofluidics via liftoff photolithography, nano-depth reactive ion etching, and room-temperature plasma surface-activated multilayer bonding of single-crystal lithium niobate, a process similarly useful for bonding lithium niobate to oxides.

Fabricación de canales de nanoaltura que incorporan la actuación de onda acústica superficial a través de niobato de litio para nanofluídicos acústicos

Controlled nanoscale manipulation of fluids is known to be exceptionally difficult due to the dominance of surface and viscous forces. Megahertz-order ...