Name: electric-field control of electronic states in ws2 nanodevices by electrolyte gating
Uploaded: 2018-04-12T13:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 36 s
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Nous reconnaissons que les financiers d’appui ci-après ; Subvention pour spécialement promu recherche (no 25000003) de pages JSP, subvention pour recherche activité mise en service (No.15H06133) et la difficile recherche (exploratoire) (no. JP17K18748) du MEXT du Japon.

1. la Dispersion des WS 2 Nanotubes (NTs) sur substrat
<ol><li>Disperser les poudres2 NT WS dans l’alcool isopropylique (IPA, plus de 99,8 % de concentration) avec bon rapport diluée (environ 0,1 mg/mL) par sonication pendant 20 min. Remarque : La sonication longue durée contribue à faire de WS2 NTs jonques uniformément suspension dans un liquide de l’IPA et distinct bien formé et individuels WS2 NTs d’amorphe WS2 ou autres, ainsi que d’enlever les ordures qui s’accumulent WS2 NTs surface. Figure 2 b montre la suspension définitive de WS2 NTs. Étant donné que la suspension pourrait être réchauffée pendant le processus de la sonication, c’est mieux d’arrêter de sonication à toutes les 5 min et continuer la sonication après 1 min.</li>
	<li>Procédure Enduction centrifuge pour disperser WS2 NTs sur substrat.<ol>
<li>Démarrer la machine spin-coater et pompe à vide. Mettre un TR/SiO2 (3000 Å) substrat (1 x 1 cm) sur le centre du mandrin et le fixer par vide avec pompage de vitesse de 80 L/min et une pression finale de 20 kPa. Remarque : Il y a un trou situé au centre du mandrin raccordement à la pompe à vide, donc le substrat est fixé par pression sous vide (vitesse de pompage est de 80 L/min et pression finale est 20 kPa). La dépression peut être différente en fonction de la pompe.</li>
		<li>Définissez les paramètres appropriés de la procédure par panneau de configuration de la machine spin coater. Remarque : Il y a trois étapes lors de la procédure de l’enduction centrifuge : vitesse (1) lentement jusqu'à 500 tr/mn dans les 3 premiers s, (2) rapidement la vitesse jusqu'à 4000 tr/min et continuer pendant 50 s, (3) ralentir et arrêter spinning pour les 3 dernières s. Ces paramètres peuvent être différents selon l’utilisation de spin-coater.</li>
		<li>Mettre une goutte (environ 0,01 mL) de la suspension de la WS2 NT faite dans (1.1) par une pipette sur le substrat jusqu'à ce que le substrat est entièrement couvert par la suspension (si non, mettre plus de gouttelettes). Puis démarrer-Enduction centrifuge avec des paramètres pertinents dans (1.2.2).</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. préparation de lamelles minces sur substrat via la méthode du ruban adhésif scotch
<ol><li>Mettre un échantillon de petit vrac de WS2 (développé par mode de transport chimique en phase vapeur) sur le ruban scotch. Plier le ruban scotch et déplier lentement pour exfolier mécaniquement la mince couche de la masse. Répétez cette procédure pour plusieurs fois, jusqu'à ce que les échantillons exfoliées sont assez minces. NOTE : Figure 2 g et 2 h montrent la bande initiale avec petit échantillon en vrac de WS2 et la bande finale après de multiples procédures de pliage, respectivement.</li>
	<li>Coller le ruban adhésif sur le dessus du substrat à l’envers, appuyez légèrement sur le ruban adhésif et retirer délicatement le ruban du haut du substrat. Remarque : Après avoir enlevé le ruban, il y a de nombreux flocons minces à gauche sur le substrat.</li>
</ol>3. fabrication de dispositifs de lithographie à faisceau d’électrons.
<ol><li>Enduction centrifuge processus pour couvrir la résistance pour la lithographie par faisceau d’électrons.<ol>
<li>Suivez la même procédure d’enduction centrifuge décrits dans (1.2.1) et (1.2.2).</li>
		<li>Mettre une goutte (environ 0,04 mL) du polyméthacrylate de méthyle (PMMA) par une pipette sur le substrat jusqu'à ce que le substrat est entièrement recouvert de PMMA. Puis commencez à Enduction centrifuge procédure pour couvrir uniformément PMMA sur échantillon2 WS pour l’empêcher d’être exposé à l’air. Remarque : Le PMMA est l’un de la résiste pour lithographie à faisceau d’électrons.</li>
		<li>Après essorage-enduit, mettre le substrat sur plaque chauffante à 180 ° C et chauffer pendant 1 min. Remarque : Ces paramètres peuvent être différents selon les types de résister.</li>
	</ol></li>
	<li>Sélection de l’échantillon au microscope optique.<ol>
<li>Enclencher la microscopie optique et appareil photo. Mettre le substrat sur la scène.</li>
		<li>Déplacer la scène et analyser l’ensemble de la région du substrat avec bon grossissement (X 20) et Pendant ce temps, prélever des échantillons isolés avec la taille appropriée. Remarque : Au total, 6 à 10 échantillons isolés peuvent être sélectionnés généralement pour chaque substrat de 1 cm x 1 cm.</li>
		<li>Prendre des photos de chaque échantillon avec différent grossissement de 5 X, 20 X et 100 X. Ces photos sont utilisés pour identifier l’emplacement de chaque échantillon.</li>
	</ol></li>
	<li>Conception du modèle d’appareil à grande échelle.<ol>
<li>Activer le logiciel AutoCAD et charger le format du treillis de substrat. Insérer des photos prises (3.2) et d’identifier la taille et l’emplacement de chaque photo selon les marques sur le substrat.</li>
		<li>Insérer une grande place avec une longueur de 1200 µm et une petite place avec une longueur de 300 µm qui doit entourer chaque échantillon.</li>
		<li>Concevoir des modèles à grande échelle, y compris la porte, source, vidange et autres coussins sur la grande place à l’exception des structures fines près de l’échantillon. Conception de petites marques à proximité de l’échantillon d’identifier avec précision l’emplacement des échantillons dans le cours ultérieur de conception pour le modèle d’appareil à petite échelle.</li>
		<li>REPEAT (3.3.2) pour (3.3.3) pour chaque échantillon.</li>
		<li>Enregistrer les coordonnées du centre de chaque carré de grande et petite, respectivement.</li>
		<li>Supprimer les photos insérées, grandes et petites places et format de treillis de substrat, laissant seulement le conçu de grands motifs et les petites marques. Exporter des modèles de grandes et petites marques sous forme de fichiers dxf, respectivement.</li>
	</ol></li>
	<li>Première lithographie à faisceau d’électrons.<ol>
<li>Mettre le substrat sur la scène et fixez-le et insérez la scène dans la chambre principale de machine de lithographie par faisceau électronique.</li>
		<li>Activer le CEA (un programme pour générer un fichier utilisé dans le processus de faisceau d’électrons). Définir la taille de champ que 300 pour la lithographie de petites marques. Outil de dxf converter permet de transférer le fichier dxf au fichier de la cellule.</li>
		<li>Chargez le fichier cellule généré en (3.4.2), entrez le nom de fichier, identifier l’origine et identifier des points avec des coordonnées de petits carrés dans (3.3.5). Enfin, identifier les coordonnées d’un grand et les marques B et A minuscule et B marquent pour chaque point. Remarque : Le grand A et B les repères sont utilisés pour corriger la direction du stade, tandis que le petit A et B marques servent à identifier l’écart entre le modèle conçu et motif imprimé, au cours du processus de conception de modèle à petite échelle.</li>
		<li>Enregistrez le fichier en tant que fichier con et attendre que la pression à l’intérieur de la chambre principale est inférieure à 5 x 10-5 PA. NOTE : Parce que le faisceau d’électrons est de haute énergie (50 kV de tension d’accélération), la haute qualité du vide est nécessaire.</li>
		<li>Lorsque la pression de la chambre principale devient faible suffit pour le processus de lithographie par faisceau électronique, activer électron faisceau commande programme ESL-7500 et ensuite allumez le canon à électrons.</li>
		<li>Allumez le microscope électronique à balayage (SEM) et déplacez la scène à la position où le substrat est dans l’écran. Régler la luminosité, le contraste et mise au point.</li>
		<li>Ajuster l’angle de la scène en juger par la position relative des grande A et B marques conçus à l’origine sur le substrat jusqu'à ce que l’erreur de direction est négligeable au grossissement de 5000 X. Après avoir corrigé la direction de la scène, enregistrement d’une marque la position des grandes.</li>
		<li>Réglez l’amplitude du faisceau d’électrons pour la lithographie ; 100 pA est pour lithographie de petites marques. Déplacer la scène à la position pour le réglage d’amplitude et sélectionnez le mode spot pour la caméra, changer l’amplitude du faisceau d’électrons jusqu'à ce qu’elle atteigne 100 pA par ampèremètre. Après le réglage de l’amplitude du faisceau d’électrons, régler la luminosité, le contraste et mise au point.</li>
		<li>Fichier de con de charge enregistrée dans (3.4.4) dans le programme de la CEA. Définissez les paramètres pertinents : 2 s pour temps de dose et 300 pour la taille du champ. Enfin lancer l’exposition. Note : Temps de Dose peut être différent en fonction de la résistance.</li>
		<li>Retour à électron faisceau commande programme ESL-7500, valeur 5000 X de grossissement et déplacer la scène à la position recommandée du grand une marque. Confirmer la position du grand A et B marques.</li>
		<li>30000 X de grossissement de définir et confirmer la position du petit A et B marque pour la lithographie des premières petites marques conçu en (3.3.3). Remarque : La lithographie commence après que conforme petite marque et en prend plusieurs secondes.</li>
		<li>Après avoir terminé la lithographie, répétez cette procédure pour tous les échantillons. Lors de la dernière, a fermé le processus d’exposition et fermer le programme de la CEA.</li>
		<li>Suivez le même processus de (3.4.2) à (3.4.10) avec des paramètres différents pour la lithographie du grand modèle conçu en (3.3.3). Dans (3.4.2), définissez la taille du champ comme 1200. Dans (3.4.3), seulement identifier les coordonnées des grande A et B points, à l’exception des petit A et B, points. Dans (3.4.8), réglez l’amplitude du faisceau d’électrons comme 1000 pA pour la lithographie du grand patron. Dans (3.4.9), sélectionnez 1200 sur la taille du champ. Remarque : Après le processus de (3.4.10), la lithographie du grand patron commence et prend plusieurs heures.</li>
		<li>Après avoir terminé la lithographie du grand patron, déplacer la scène dans sa position initiale, éteindre le faisceau d’électrons et arrêter le processus d’exposition et le programme de la CEA. Ouvrir la chambre principale et retirer le substrat.</li>
	</ol></li>
	<li>Tout d’abord développer.<ol>
<li>Préparer une solution de méthyl isobutyl cétone (MIBK) et IPA avec le ratio de la MIBK : IPA = 1:3. Trempez le substrat dans la solution pendant 30 s et lavez-le en liquide de l’IPA et séchez-le avec un pistolet d’azote. NOTE : Développer le temps peut changer selon les conditions environnementales comme la température et l’humidité.</li>
		<li>Prendre des photos par microscopie optique pour chaque motif imprimé avec différent grossissement de 5 X, 20 X et 100 X.</li>
	</ol></li>
	<li>Conception du modèle d’appareil à petite échelle.<ol>
<li>Suivez le même processus (3.3). Dans (3.3.1), charger le schéma de treillis de support y compris les marques de petits conçus dans (3.3.3) et insérez les photos prises après le développement de la première. Remarque : La taille et l’emplacement de chaque photo dépend des marques petits conçus en (3.3.3), au lieu de marques sur le substrat.</li>
		<li>Concevoir la structure fine du modèle de périphérique avec la source, les égoutter et les autres électrodes en petits dés dans une configuration de bar du Hall, qui est relié au grand modèle imprimé. Après la conception de petits motifs pour tous les périphériques, enregistrer les coordonnées de petits carrés.</li>
		<li>Supprimer les photos insérées, petites places et le patron de substrat, laissant seulement les petits motifs conçus. Exporter le petit modèle en tant que fichier dxf.</li>
	</ol></li>
	<li>Deuxième lithographie à faisceau d’électrons.<ol>
<li>Suivez le même processus de (3.4.1) à (3.4.11) avec les mêmes paramètres pour la lithographie du petit modèle conçu en (3.6) ; Mettez 300 pour la taille du champ et choisissez 100 pA pour l’amplitude de faisceau d’électrons. Remarque : Le processus de lithographie prend quelques minutes pour chaque modèle de petit.</li>
		<li>Après la lithographie de petit modèle, déplacer la scène dans sa position initiale, éteindre le faisceau d’électrons, quitter le processus d’exposition et fermer le programme de la CEA. Ouvrir la chambre principale et retirer le substrat.</li>
	</ol></li>
	<li>Deuxième point.<ol>
<li>Suivez le même processus (3.5) avec en même temps que 30 s.</li>
		<li>Prendre des photos par microscopie optique pour chaque modèle avec différent grossissement de 5 X, 20 X et 100 X.</li>
	</ol></li>
</ol>4. dépôt des électrodes
<ol><li>Dépôt des électrodes en or.<ol>
<li>Difficulté du substrat sur le porte-substrat, mettre le porte-substrat sur la tige de transfert et l’insérer dans la chambre principale de l’évaporateur. Commencer à tourner le porte-substrat.</li>
		<li>Premier dépôt Cr de 5 nm de l’épaisseur de la couche d’adhérence. Lorsque la pression à l’intérieur de la chambre principale est inférieure à 10-4 Pa, allumez la source de haute tension.</li>
		<li>Augmenter le courant du canon à électrons soigneusement avec la tension d’accélération fixe de 4 kV, jusqu'à ce que le taux de dépôt mesuré par le moniteur de l’épaisseur devienne stable environ 0.5 Å/s (habituellement avant de s’évaporer Cr d’environ 5 nm).</li>
		<li>Ouvrir l’obturateur et le dépôt Cr jusqu'à ce qu’il atteigne 5 nm d’épaisseur. Fermer l’obturateur, lentement diminuer le courant du canon à électrons à zéro et éteignez la source de haute tension.</li>
		<li>Par la suite déposer d’épaisseur appropriée. Allumez la source de courant et augmentez lentement le courant jusqu'à 30 a. s’a évaporer en gardant le courant de 30 A, jusqu'à ce que le taux de dépôt mesuré par le moniteur de l’épaisseur devient stable environ 1 Å/s (habituellement avant de s’évaporer d’environ 10 nm).</li>
		<li>Ouvrir l’obturateur et commencer Au moment du dépôt. Après avoir atteint l’épaisseur prévue, fermer l’obturateur, lentement diminuer le courant à zéro et désactiver la source de courant. Remarque : Nous utilisons 60 nm de fines paillettes et 90 nm pour NT. L’épaisseur appropriée dépend de l’échantillon.</li>
		<li>Étant donné que le substrat est chauffé pendant le processus de dépôt, demeurent le substrat à l’intérieur de la chambre pendant 1 h afin de refroidir sa température à la température ambiante à proximité. Arrêter de pivoter le porte-substrat et sortez-le de la tige de transfert.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Dépôts de SiO2 couche de protection.<ol>
<li>Avec l’aide de la microscopie optique, couvrir les plaquettes et les électrodes de la porte par la bande. Remarque : En principe, seulement les structures fines des électrodes sont exposés à la couche de dépôt SiO2 pour la protection des électrodes contre la réaction chimique au cours de l’électrolyte de blocage.</li>
		<li>Suivez le même processus de (4.1.1) à (4.1.4) pour déposer les Cr de 5 nm de l’épaisseur de la couche d’adhérence.</li>
		<li>Par la suite suivez le même processus de (4.1.1) à (4.1.4) pour déposer le SiO2 de 20 nm d’épaisseur. Remarque : Le taux de dépôt de SiO2 est environ 1 Å/s, tandis que l’évaporation des SiO2 d’environ 10 nm.</li>
		<li>Refroidir le substrat à l’intérieur de la chambre pendant 1 h. Stop tourner le porte-substrat et sortez-le de la tige de transfert. Enlever le ruban en microscopie.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. achèvement du périphérique
<ol><li>Traçage de substrat.<ol>
<li>Activer le traçage machine et pompe à vide avec la vitesse de pompage de 50 L/min et une pression finale de 30 kPa. Difficulté du substrat sur la scène par chuck vide et ajuster l’angle et la position du substrat.</li>
		<li>Pour marquer le substrat en petits morceaux (habituellement environ 3 x 3 mm). Remarque : La taille de chaque pièce dépend de l’emplacement de chaque échantillon et le modèle conçu.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Décollage de l’appareil.<ol>
<li>Sélectionnez un périphérique et plongez-le dans l’acétone (concentration plus de 99,5 %) pendant 1 h à température ambiante pour enlever le PMMA redondants et l’or. Seulement les électrodes fabriquées sont laissés sur le substrat.</li>
		<li>Après le déjaugeage, laver le substrat par l’IAP et séchez-le avec un pistolet d’azote.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Fil-liaison.<ol>
<li>Allumez la machine fil-liaison. Difficulté le substrat sur le support de la puce via le ruban de pâte. Remarque : Dans le cas de2 NT WS, nous utilisons horizontal coiffe illustré à la Figure 2n.</li>
		<li>Avec l’aide de fil-liaison machine, connectez chaque coussinet de l’électrode et l’électrode de support de puce un par un avec un fil d’or.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Électrolyte gouttelette mettre.<ol>
<li>Mettre une goutte de l’électrolyte (moins de 0,5 µL) sur le dessus de l’appareil par une pince après trempage dans le liquide électrolytique. Remarque : La quantité d’électrolyte est très peu ; elle couvre la structure fine du dispositif et coussinet de porte mais évite couvrant les électrodes auto-adhésives. Nous utilisons l’électrolyte de KClO4 (plus de 99 % de concentration) dissous dans le polyéthylène glycol (PEG ; Mw = 600) avec un [K] : rapport entre [O] 01:20 selon la précédente publication38.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. mesures de transport
<ol><li>Fixer le porte-puce sur le porte-échantillon et mettez-le à l’intérieur de la chambre du système de mesure des propriétés physiques de la tige de transfert. La chambre de la pompe par le mode de vide élevé.</li>
	<li>Connectez le système de mesure, y compris les amplificateurs de lock-in, nano-voltmètre, compteur source et l’amplificateur. Appliquer un courant constant de l’alternatif (AC) avec la fréquence de 13 Hz pour effectuer les mesures AC-lock-in.</li>
	<li>Exécutez le programme Keysight VEE (programmes de mesure).</li>
	<li>Dans la mesure de la réponse de porte, lorsque la tension d’entrée est appliquée à l’électrolyte (i.e., entre source et porte électrodes), balayer la tension de la porte avec une vitesse de 50 mV/s à 300 K, sous condition de vide élevé pour réduire l’influence de l’air sur le performances de blocage.</li>
	<li>Dans la mesure de température de la résistance, tout d’abord refroidir à 200 K avec le taux de refroidissement de 1 K/min en état de vide élevé, puis modification à la condition de la He-purgés et garder refroidissement jusqu'à 10 K avec le taux de refroidissement de 1 K par minute. Quand la température est inférieure à 10 K, refroidir et réchauffer à raison de 0,2 K/min. Remarque : Dans l’état il a purgés, la conductance thermique et température résultante stabilité est mieux que ceux en état de vide élevé.</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Dans WS2 NTs et flocons, nous avons avec succès contrôlée les propriétés électriques par électrostatique ou transporteur chimique electro dopage.
Dans la région de dopage électrostatique, opération ambipolar transistor a été observée. Cette courbe de transfert ambipolar avec une haute marche/arrêt ratio (> 102) observées en biais faible tension indique le transporteur effectif dopage à l’interface de la technique de blocage électrolyte pour le réglage ...

Contrôle le nombre de transporteurs est la technique clée pour réaliser la transition de phase quantique en solides1. Dans le transistor à effet de champ conventionnel (FET), elle est obtenue par utilisation de la porte solide1,2. Dans un tel dispositif, gradient de potentiel électrique est uniforme dans l’ensemble des matériaux diélectriques, alors que nombre de transporteur induite à l’interface est limité, illustré à la Figure 1 a.
En revanche, nous pouvons réaliser la plus forte densité de transporteur à l’interface ou en vrac en remplaçant les matériaux diélectriques solides avec des gels/liquides ioniques ou polymère électrolytes3,4,5,6, 7,8,9,10,11 (figure 1 b). Dans le dopage électrostatique par utilisation du liquide ionique, structure de transistor (EDLT) double couche électrique est formé à l’interface entre un liquide ionique et échantillon, générant un fort champ électrique (> 0,5 V/Å) même à basse tension de polarisation. Densité des porteurs élevées qui en résultent (> 1014 cm-2) induite à la cause de13 interface10,12,la transition de phase quantique ou de propriétés électronique nouvelle tels que ferromagnétisme induits par le champ-électrique14, Coulomb blocus15, transport ambipolar16,17,18,19,20, 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27, formation de la jonction p-n et qui en résulte electroluminance28,29,30, grande modulation de pouvoirs thermoélectriques31,32, onde de densité de charge et Mott transitions33,34,35, et induits par le champ-électrique isolant-métal de transition36,37 , y compris la supraconductivité induite par l’électrique-champ9 ,10,11,38,39,40,41,42,43,44 ,45,46,47,48,49.
Dans l’électrolyte Gate (Figure 1C), les ions ne sont pas seulement accumulées à l’interface pour former EDLT, mais peuvent être également intercalées dans les couches de matériaux bidimensionnels via diffusion thermique sans échantillon préjudiciable en vertu de l’application de la tension de la grande porte, conduisant à l’électrochimique dopage8,9,11,34,38,50,51,52,53 . Ainsi, nous pouvons modifier radicalement le numéro du transporteur contre le transistor à effet de champ conventionnel en utilisant le portail solid. En particulier, la supraconductivité induite par l’électrique-champ9,11,34,38,50 est réalisé par utilisation d’électrolyte Gate dans la région du grand transporteur numéro où nous ne pouvons pas accéder par la méthode conventionnelle de blocage solide.
Dans cet article, nous présentons cette technique unique de contrôle numéro transporteur dans des matières solides et le fonctionnement du transistor et supraconductivité induite par l’électrique-champ en semi-conducteurs WS2 échantillons tels que WS2 flocons et WS2 nanotubes54,55,56,57.

<table><tbody><tr><td>Sonication machine</td><td>SND Co., Ltd.</td><td>US-2</td><td>http://www.senjyou.jp/</td></tr><tr><td>Spin-coater machine</td><td>ACTIVE Co.,Ltd.</td><td>ACT-300AII</td><td>http://www.acti-ve.co.jp/spincoater/standard/act300a2.html</td></tr><tr><td>Hot-plate</td><td>TAIYO</td><td>HP131224</td><td>http://www.taiyo-kabu.co.jp/products/detail.php?product_id=431</td></tr><tr><td>Optical Microscopy</td><td>OLYMPUS</td><td>BX51</td><td>https://www.olympus-ims.com/ja/microscope/bx51p/</td></tr><tr><td>Electron Beam Lithography machine</td><td>ELIONIX INC.</td><td>ELS-7500I</td><td>https://www.elionix.co.jp/index.html</td></tr><tr><td>Scribing machine</td><td>TOKYO SEIMITSU CO., LTD.</td><td>A-WS-100A</td><td>http://www.accretech.jp/english/product/semicon/wms/aws100s.html</td></tr><tr><td>Wire-bonding machine</td><td>WEST&amp;middot;BOND&amp;nbsp;</td><td>7476D-79</td><td>https://www.hisol.jp/products/bonder/wire/mgb/b.html</td></tr><tr><td>Physical Properties Measurement System</td><td>Quantum Design</td><td>PPMS</td><td>http://www.qdusa.com/products/ppms.html</td></tr><tr><td>Lock-in amplifier</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SRS830</td><td>http://www.thinksrs.com/products/SR810830.htm</td></tr><tr><td>Source meter</td><td>Textronix</td><td>KEITHLEY 2612A</td><td>http://www.tek.com/keithley-source-measure-units/smu-2600b-series-sourcemeter</td></tr><tr><td>KClO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>241830</td><td>http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigald/241830?lang=ja&amp;amp;region=JP</td></tr><tr><td>PEG</td><td>WAKO</td><td>168-09075</td><td>http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspCode=W01W0116-0907</td></tr><tr><td>IPA</td><td>WAKO</td><td>169-28121</td><td>http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspWkfcode=169-28121</td></tr><tr><td>MIBK</td><td>WAKO</td><td>131-05645</td><td>http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspCode=W01W0113-0564</td></tr><tr><td>PMMA</td><td>MicroChem</td><td>PMMA</td><td>http://microchem.com/Prod-PMMA.htm</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>WAKO</td><td>012-26821</td><td>http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspWkfcode=012-26821</td></tr></tbody></table>

electric-field control of electronic states in ws2 nanodevices by electrolyte gating

Une méthode de contrôle numéro transporteur par électrolyte Gate est démontrée. Nous avons obtenu WS2 flocons minces avec une surface plate atomiquement via la méthode du ruban adhésif scotch ou individuels WS2 nanotubes en dispersant la suspension de la WS2 nanotubes. Les échantillons sélectionnés ont été fabriquées dans des dispositifs par l’utilisation de la lithographie à faisceau d’électrons et électrolyte est mis sur les appareils. Nous avons caractérisé les propriétés électroniques des dispositifs en vertu de l’application de la tension de la porte. Dans la région de tension de petite porte, ions dans l’électrolyte sont accumulent à la surface des échantillons qui mène au grand électrique potentielle baisse et résultante électrostatique transporteur dopage à l’interface. Courbe de transfert ambipolar a été observé dans cette région de dopage électrostatique. Lorsque la tension de la porte est encore accrue, nous avons rencontré une autre augmentation drastique du courant de source-drain qui implique que les ions sont intercalées dans les couches de WS2 et électrochimique transporteur dopage est réalisé. Dans cette région de dopage électrochimique, la supraconductivité a été observée. La technique ciblée fournit une stratégie puissante pour réaliser la transition de phase quantique électrique déposée-induite.

Les opérations de transistor typique d’un WS2 NT individuel et un dispositifs de flocon WS2 sont présentées dans les figures 3 a et 3 b, respectivement, où la source drainent courant (j’aiDS) en fonction de la tension de grille (V G) fonctionne bien en mode ambipolar, montrant un contraste remarquable avec la réponse porte unipolaire de la FET fermée solide conventionnel...

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Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Nous présentons ici un protocole pour contrôler le nombre de transporteurs dans les solides à l’aide de l’électrolyte.

Contrôle de champ électrique des États électroniques dans WS2 nanodispositifs par électrolyte Gate

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape ...

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11.3K vues.  The University of Tokyo. Nous présentons ici un protocole pour contrôler le nombre de transporteurs dans les solides à l’aide de l’électrolyte.

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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 la porte définis-GaAs / AlGaAs latéraux 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 ...

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Fine-tuning the Size and Minimizing the Noise of Solid-state Nanopores

Solid-state nanopores have emerged as a versatile tool for the characterization of single biomolecules such as nucleic acids and proteins1. However, the creation of a nanopore in a thin insulating membrane remains challenging. Fabrication methods involving specialized focused electron beam systems can produce well-defined nanopores, but yield of reliable and low-noise nanopores in commercially available membranes remains low2,3 and size control is nontrivial4,5. Here, the application of high electric fields to fine-tune the size of the nanopore while ensuring optimal low-noise performance is demonstrated. These short pulses of high electric field are used to produce a pristine electrical signal and allow for enlarging of nanopores with subnanometer precision upon prolonged exposure. This method is performed in situ in an aqueous environment using standard laboratory equipment, improving the yield and reproducibility of solid-state nanopore fabrication.

A methodology for preparing solid-state nanopores in solution for biomolecular translocation experiments is presented. By applying short pulses of high electric fields, the nanopore diameter can be controllably enlarged with subnanometer precision and its electrical noise characteristics significantly improved. This procedure is performed in situ using standard laboratory equipment under experimental conditions.

Réglage fin de la taille et minimisant le bruit de l&#39;état solide nanopores

Solid-state nanopores have emerged as a versatile tool for the characterization of single biomolecules such as nucleic acids and proteins1. However, the ...

Fabrication of Gate-tunable Graphene Devices for Scanning Tunneling Microscopy Studies with Coulomb Impurities

Owing to its relativistic low-energy charge carriers, the interaction between graphene and various impurities leads to a wealth of new physics and degrees of freedom to control electronic devices. In particular, the behavior of graphene&#8217;s charge carriers in response to potentials from charged Coulomb impurities is predicted to differ significantly from that of most materials. Scanning tunneling microscopy (STM) and scanning tunneling spectroscopy (STS) can provide detailed information on both the spatial and energy dependence of graphene&#39;s electronic structure in the presence of a charged impurity.&#160;The design of a hybrid impurity-graphene device, fabricated using controlled deposition of impurities onto a back-gated graphene surface, has enabled several novel methods for controllably tuning graphene&#8217;s electronic properties.1-8 Electrostatic gating enables control of the charge carrier density in graphene and the ability to reversibly tune the charge2 and/or molecular5 states of an impurity. This paper outlines the process of fabricating a gate-tunable graphene device decorated with individual Coulomb impurities for combined STM/STS studies.2-5 These studies provide valuable insights into the underlying physics, as well as signposts for designing hybrid graphene devices.

This paper details the fabrication process of a gate-tunable graphene device, decorated with Coulomb impurities for scanning tunneling microscopy studies. Mapping the spatially dependent electronic structure of graphene in the presence of charged impurities unveils the unique behavior of its relativistic charge carriers in response to a local Coulomb potential.

Fabrication de porte-accordables Devices graphène pour microscopie à effet tunnel études avec Coulomb Impuretés

Owing to its relativistic low-energy charge carriers, the interaction between graphene and various impurities leads to a wealth of new physics and degrees ...

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.

Silicium métal-oxyde-semiconducteur Quantum Dots pour le pompage mono-électronique

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

Fabrication of Carbon Nanotube High-Frequency Nanoelectronic Biosensor for Sensing in High Ionic Strength Solutions

The unique electronic properties and high surface-to-volume ratios of single-walled carbon nanotubes (SWNT) and semiconductor nanowires (NW) 1-4 make them good candidates for high sensitivity biosensors. When a charged molecule binds to such a sensor surface, it alters the carrier density5 in the sensor, resulting in changes in its DC conductance. However, in an ionic solution a charged surface also attracts counter-ions from the solution, forming an electrical double layer (EDL). This EDL effectively screens off the charge, and in physiologically relevant conditions ~100 millimolar (mM), the characteristic charge screening length (Debye length) is less than a nanometer (nm). Thus, in high ionic strength solutions, charge based (DC) detection is fundamentally impeded6-8.
We overcome charge screening effects by detecting molecular dipoles rather than charges at high frequency, by operating carbon nanotube field effect transistors as high frequency mixers9-11. At high frequencies, the AC drive force can no longer overcome the solution drag and the ions in solution do not have sufficient time to form the EDL. Further, frequency mixing technique allows us to operate at frequencies high enough to overcome ionic screening, and yet detect the sensing signals at lower frequencies11-12. Also, the high transconductance of SWNT transistors provides an internal gain for the sensing signal, which obviates the need for external signal amplifier.
Here, we describe the protocol to (a) fabricate SWNT transistors, (b) functionalize biomolecules to the nanotube13, (c) design and stamp a poly-dimethylsiloxane (PDMS) micro-fluidic chamber14 onto the device, and (d) carry out high frequency sensing in different ionic strength solutions11.

We describe the device fabrication and measurement protocol for carbon nanotube based high frequency biosensors. The high frequency sensing technique mitigates the fundamental ionic (Debye) screening effect and allows nanotube biosensor to be operated in high ionic strength solutions where conventional electronic biosensors fail. Our technology provides a unique platform for point-of-care (POC) electronic biosensors operating in physiologically relevant conditions.

Fabrication de nanotubes de carbone à haute fréquence Nanoélectronique biocapteur pour détecter en haute force ionique

The unique electronic properties and high surface-to-volume ratios of single-walled carbon nanotubes (SWNT) and semiconductor nanowires (NW) 1-4 make them ...

Bio-ingénierie

Characterizing Electron Transport through Living Biofilms

Here we demonstrate the method of electrochemical gating used to characterize electrical conductivity of electrode-grown microbial biofilms under physiologically relevant conditions.1 These measurements are performed on living biofilms in aqueous medium using source and drain electrodes patterned on a glass surface in a specialized configuration referred to as an interdigitated electrode (IDA) array. A biofilm is grown that extends across the gap connecting the source and drain. Potentials are applied to the electrodes (ES and ED) generating a source-drain current (ISD) through the biofilm between the electrodes. The dependency of electrical conductivity on gate potential (the average of the source and drain potentials, EG = [ED + ES]/2) is determined by systematically changing the gate potential and measuring the resulting source-drain current. The dependency of conductivity on gate potential provides mechanistic information about the extracellular electron transport process underlying the electrical conductivity of the specific biofilm under investigation. The electrochemical gating measurement method described here is based directly on that used by M. S. Wrighton2,3 and colleagues and R. W. Murray4,5,6 and colleagues in the 1980&#39;s to investigate thin film conductive polymers.

A protocol for measuring electrical conductivity of living microbial biofilms under physiologically relevant conditions is presented.

Caractérisation de Transport des électrons par l’intermédiaire de Biofilms de vie

Here we demonstrate the method of electrochemical gating used to characterize electrical conductivity of electrode-grown microbial biofilms under ...

Chimie

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of nanowires. DEP is used for nanowire analysis, characterization, and for solution-based fabrication of semiconducting devices. The method works by applying an alternating electric field between metallic electrodes. The nanowire formulation is then dropped onto the electrodes which are on an inclined surface to create a flow of the formulation using gravity. The nanowires then align along the gradient of the electric field and in the direction of the liquid flow. The frequency of the field can be adjusted to select nanowires with superior conductivity and lower trap density. 
In this work, flow-assisted DEP is used to create nanowire field effect transistors. Flow-assisted DEP has several advantages: it allows selection of nanowire electrical properties; control of nanowire length; placement of nanowires in specific areas; control of orientation of nanowires; and control of nanowire density in the device. 
The technique can be expanded to many other applications such as gas sensors and microwave switches. The technique is efficient, quick, reproducible, and it uses a minimal amount of dilute solution making it ideal for the testing of novel nanomaterials. Wafer scale assembly of nanowire devices can also be achieved using this technique, allowing large numbers of samples for testing and large-area electronic applications.

In this paper, flow assisted dielectrophoresis is demonstrated for the self-assembly of nanowire devices. The fabrication of a silicon nanowire field effect transistor is shown as an example.

Flux-aidé diélectrophorèse : Une méthode Low Cost pour la Fabrication des dispositifs de nanofils traitable-Solution Haute Performance

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...

Generation and Control of Electrohydrodynamic Flows in Aqueous Electrolyte Solutions

To drive electrohydrodynamic (EHD) flows in aqueous solutions, the separation of cation and anion transport pathways is essential because a directed electric body force has to be induced by ionic motions in liquid. On the other hand, positive and negative charges attract each other, and electroneutrality is maintained everywhere in equilibrium conditions. Furthermore, an increase in an applied voltage has to be suppressed to avoid water electrolysis, which causes the solutions to become unstable. Usually, EHD flows can be induced in non-aqueous solutions by applying extremely high voltages, such as tens of kV, to inject electrical charges. In this study, two methods are introduced to generate EHD flows induced by electrical charge separations in aqueous solutions, where two liquid phases are separated by an ion-exchange membrane. Due to a difference in the ionic mobility in the membrane, ion concentration polarization is induced between both sides of the membrane. In this study, we demonstrate two methods. (i) The relaxation of ion concentration gradients occurs via a flow channel that penetrates an ion-exchange membrane, where the transport of the slower species in the membrane selectively becomes dominant in the flow channel. This is a driving force to generate an EHD flow in the liquid. (ii) A long waiting time for the diffusion of ions passing through the ion-exchange membrane enables the generation of an ion-dragged flow by externally applying an electric field. Ions concentrated in a flow channel of a 1 x 1 mm2 cross-section determine the direction of the liquid flow, corresponding to the electrophoretic transport pathways. In both methods, the electric voltage difference required for an EHD flow generation is drastically reduced to near 2 V by rectifying the ion transport pathways.

The rectification of ion transport pathways is an effective method to generate one-directional ion-dragged electrohydrodynamic flows. By setting an ion-exchange membrane in a flow channel, an electrically polarized condition is generated and causes a liquid flow to be driven when an electric field is externally applied.

Génération et contrôle d’électrohydrodynamique coule dans les Solutions d’électrolytes aqueux

To drive electrohydrodynamic (EHD) flows in aqueous solutions, the separation of cation and anion transport pathways is essential because a directed ...

A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D materials is still in nascent stages, scientists cannot fully rely on traditional semiconductor techniques for related research. Delicate processes from locating the materials to electrode definition need to be well controlled. In this article, a universal fabrication protocol required in manufacturing nanoscale electronics, such as 2D quasi-heterojunction bipolar transistors (Q-HBT), and 2D back-gated transistors are demonstrated. This protocol includes the determination of material position, electron beam lithography (EBL), metal electrode definition, et al. A step by step narrative of the fabrication procedures for these devices are also presented. Furthermore, results show that each of the fabricated devices has achieved high performance with high repeatability. This work reveals a comprehensive description of process flow for preparing 2D nano-electronics, enables the research groups to access this information, and pave the way toward future electronics.

The article aims to introduce a standard and reliable fabrication procedure for the development of future low dimensional nanoelectronics.

Une méthode fiable et Standard pour fabriquer deux dimensions nanoélectronique

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

Preparation of Silicon Nanowire Field-effect Transistor for Chemical and Biosensing Applications

Surveillance using biomarkers is critical for the early detection, rapid intervention, and reduction in the incidence of diseases. In this study, we describe the preparation of polycrystalline silicon nanowire field-effect transistors (pSNWFETs) that serve as biosensing devices for biomarker detection. A protocol for chemical and biomolecular sensing by using pSNWFETs is presented. The pSNWFET device was demonstrated to be a promising transducer for real-time, label-free, and ultra-high-sensitivity biosensing applications. The source/drain channel conductivity of a pSNWFET is sensitive to changes in the environment around its silicon nanowire (SNW) surface. Thus, by immobilizing probes on the SNW surface, the pSNWFET can be used to detect various biotargets ranging from small molecules (dopamine) to macromolecules (DNA and proteins). Immobilizing a bioprobe on the SNW surface, which is a multistep procedure, is vital for determining the specificity of the biosensor. It is essential that every step of the immobilization procedure is correctly performed. We verified surface modifications by directly observing the shift in the electric properties of the pSNWFET following each modification step. Additionally, X-ray photoelectron spectroscopy was used to examine the surface composition following each modification. Finally, we demonstrated DNA sensing on the pSNWFET. This protocol provides step-by-step procedures for verifying bioprobe immobilization and subsequent DNA biosensing application.

We describe key steps for biosensing by using polysilicon nanowire field-effect transistors, including the preparation of the device and the immobilization and confirmation of a DNA molecular probe on the nanowire surface, as well as conditions for DNA sensing.

Préparation de la Silicon Nanowire à effet de champ Transistor pour chimiques et les biocapteurs Applications

Surveillance using biomarkers is critical for the early detection, rapid intervention, and reduction in the incidence of diseases. In this study, we ...

Contrôle de champ électrique des États électroniques dans WS₂ nanodispositifs par électrolyte Gate

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