A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
דרך sulfurization של מתכות המעבר מראש הופקדו, קריסטל 2D שטח גדול ואנכי הטרו-מבנים יכול להיות מפוברק. הסרט העברת ונהלים ייצור המכשיר מודגמות גם בדו ח זה.
אנחנו הדגימו כי דרך sulfurization של מתכות מעבר סרטים כמו מוליבדן (מו) ו טונגסטן (W), שטח גדול אחיד מתכות מעבר dichalcogenides (TMDs) MoS2 , WS2 ניתן להכין על מצעים ספיר. על ידי שליטה על סרט מתכת בעוביים, בקירות וצפיות מספר טוב שכבה, עד שכבה אחת של TMDs, ניתן להשיג בעזרת טכניקה זו הצמיחה. על סמך התוצאות המתקבלות מהסרט מו sulfurized בתנאי חסר גופרית, ישנם שני מנגנונים של צמיחה2 MoS מישורי (א) ו- (ב) מו תחמוצת סגרגציה נצפתה במהלך ההליך sulfurization. כאשר הגפרית רקע מספיקה, מישורי TMD הצמיחה היא מנגנון הצמיחה הדומיננטי, אשר תגרום בסרט2 של מוס אחיד לאחר ההליך sulfurization. אם הגפרית רקע שבפיהם, מו תחמוצת סגרגציה יהיה מנגנון הצמיחה הדומיננטי בשלב ההתחלתי של ההליך sulfurization. במקרה זה, ניתן להשיג את הדגימה עם מו תחמוצת אשכולות מכוסה עם כמה שכבת מוס2 . לאחר התצהיר מו רציפים/sulfurization ונהלים W התצהיר/sulfurization, אנכי WS2/MoS2 הטרו-מבנים נוצרים בעזרת טכניקה זו הצמיחה. פסגות ראמאן המתאים WS2 ו- MoS2, בהתאמה ומספר זהה שכבה של הטרו-המבנה עם הסיכום של חומרים 2D בודדים אישרו הקמת מוצלחת קריסטל 2D אנכי הטרו-מבנה. לאחר העברת WS2/MoS2 סרט על גבי מצע /Si2SiO עם אלקטרודות מראש עם תבנית מקור/ניקוז, טרנזיסטור התחתון-שער מפוברק. לעומת ה טרנזיסטור עם רק MoS2 ערוצים, הזרמים ניקוז גבוהה יותר של המכשיר עם WS2/MoS2 הטרו-מבנה שכישוריי כי עם כניסתה של קריסטל 2D הטרו-מבנים, מכשיר מעולה ניתן להשיג ביצועים. התוצאות חשפו את הפוטנציאל של טכניקה זו צמיחה עבור היישום המעשי של 2D הקריסטלים.
אחת הגישות הנפוצות להשיג קריסטל 2D סרטים היא באמצעות קילוף מכני בצובר חומרים1,2,3,4,5. למרות קריסטל 2D סרטים עם גבישי באיכות גבוהה ניתן להשיג בקלות באמצעות שיטה זו, קריסטל 2D מדרגי הסרטים אינם זמינים דרך גישה זו, המהווה חסרון עבור יישומים מעשיים. זה הוכח בפרסומים קודמים כי שימוש בתצהיר אדים כימיים (CVD), קריסטל 2D שטח גדול ואחידה הסרטים יכולים להיות מוכן6,-7,-8,-9. הצמיחה ישירה של גראפן על מצעים ספיר, שכבה-מספר-לשליטה MoS2 סרטים שהוכנו על ידי חוזר מחזור הצמיחה באותו הם גם הפגינו באמצעות10,11טכניקה צמיחה CVD. בפרסום זה התבצעה אחת, בתוך מטוס WSe2/MoS2 הטרו-מבנה פתיתי הם גם מפוברק באמצעות טכניקה צמיחה12CVD. הטכניקה צמיחה CVD אמנם מבטיח במתן קריסטל 2D מדרגי סרטים, החיסרון העיקרי של טכניקה זו הצמיחה הוא שיש סימנים מקדימים שונים להיות ממוקם על 2D הקריסטלים השונים. התנאים צמיחה גם להשתנות בין 2D הקריסטלים השונים. במקרה זה, ההליכים הצמיחה יהפוך מורכב יותר כאשר הביקוש גדל קריסטל 2D הטרו-מבנים.
לעומת הטכניקה צמיחה CVD, sulfurization של מתכות מעבר מראש הופקדו סרטים סיפקה גישה צמיחה דומה אבל הרבה יותר פשוט TMDs13,14. מאז ההליך צמיחה כרוך רק התצהיר מתכת, ההליך sulfurization הבא, זה אפשרי לגדול TMDs שונים דרך אותם הליכים צמיחה. מצד שני, בקירות וצפיות מספר שכבות של 2D הקריסטלים יכול להיעשות גם על ידי שינוי את עוביים מתכות מעבר הפקיד מראש. במקרה זה, צמיחה אופטימיזציה שכבה מספר שליטה עד שכבה אחת נדרשים עבור TMDs שונה. הבנת מנגנוני גדילה הוא גם מאוד חשוב להקמת מסובך TMD הטרו-מבנים בשיטה זו.
זה נייר, מוס2 ו- WS2 סרטים מוכנים תחת נהלים דומים צמיחה של העדות מתכת ואחריו ההליך sulfurization. עם התוצאות המתקבל את sulfurization של סרטים מו תחת תנאים מספיקים, חסר גופרית, שני מנגנונים הצמיחה הם נצפו במהלך הליך sulfurization15. תחת התנאי מספיק גופרית, ניתן לקבל סרט2 מוס אחיד, שכבה-מספר-לשליטה לאחר ההליך sulfurization. כאשר המדגם הוא sulfurized בתנאי חסר גופרית, הגפרית רקע אינה מספיקה ליצור סרט2 MoS מלאה כך מו תחמוצת סגרגציה של coalescence יהיה המנגנון השולט בשלב צמיחה מוקדם. ניתן להשיג דגימה עם מו תחמוצת אשכולות מכוסה על ידי כמה שכבות של מוס2 לאחר הליך sulfurization15. באמצעות התצהיר מתכת רציפים ונהלים sulfurization הבאים, WS2/MoS2 אנכי הטרו-מבנים עם שכבה מספר בקירות וצפיות עד שכבה אחת ניתן להכין15,16. בעזרת טכניקה זו, מדגם מתקבל על מצע ספיר יחיד לארבעה אזורים: (I) ריק המצע ספיר, (II) עצמאי MoS2, WS (III)2/MoS2 הטרו-מבנה ו (IV) עצמאי WS217 . התוצאות מדגימים כי הטכניקה הצמיחה יש יתרון להקמת הטרו-מבנה גבישי 2D אנכי והוא מסוגל צמיחה סלקטיבית. ההופעות התקן המשופרת של קריסטל 2D הטרו-מבנים יציינו את הצעד הראשון לקראת יישומים מעשיים של 2D הקריסטלים.
1. צמיחה של חומר 2D בודדים (MoS2 ו- WS2)
2. צמיחה של WS2/MoS2 אנכי יחיד הטרו-מבנה
הערה: סעיף זה משמש כדי ליצור יחידה הטרו-מבנה המורכב שכבה ספיר עם 5 שכבות של מוס2 ו 4 שכבות של WS2.
3. העברת הסרט ונהלים התקן פבריקציה נוספת
את ספקטרום ראמאן ותמונות HRTEM חתך הרוחב של מוס בודדים2 ו- WS2 המציא את sulfurization של מתכות המעבר הפקיד מראש באמצעות מוצגים איור 1a-b17, בהתאמה. שתי פסגות ראמאן האופיינית שנצפו MoS2 והן WS2, אשר תואמות את תוך מטוס
לעומת חומרים מוליכים למחצה קונבנציונלי כגון סי GaAs, היתרון של חומרים 2D עבור התקן יישומים טמונה האפשרות של ייצור ההתקן עם גופי רזה מאוד עד כמה שכבות אטומיות. כאשר תעשיית סי מקדמות לתוך < 10 ננומטר טכנולוגיית צומת, יחס גבוה של Si סנפיר FET יגרום הארכיטקטורה התקן מתאים ליישומים מעשיים. לכן, חומרים 2...
המחברים אין לחשוף.
עבודה זו נתמך בחלקה על ידי פרויקטים ביותר 105-2221-E-001-011-MY3 ביותר 105-2622-8-002-001 ממומן על ידי משרד המדע, הטכנולוגיה, טייוואן, בחלקו על ידי ממוקד הפרוייקט ממומן על ידי המרכז לחקר ללימודי מדעים חלה Sinica אקדמיה, טיוואן.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
RF sputtering system | Kao Duen Technology | N/A | |
Furnace for sulfurization | Creating Nano Technologies | N/A | |
Polymethyl methacrylate (PMMA) | Microchem | 8110788 | Flammable |
KOH, > 85% | Sigma-Aldrich | 30603 | |
Acetone, 99.5% | Echo Chemical | CMOS110 | |
Sulfur (S), 99.5% | Sigma-Aldrich | 13803 | |
Molybdenum (Mo), 99.95% | Summit-Tech | N/A | |
Tungsten (W), 99.95% | Summit-Tech | N/A | |
C-plane Sapphire substrate | Summit-Tech | X171999 | (0001) ± 0.2 ° one side polished |
300 nm SiO2/Si substrate | Summit-Tech | 2YCDDM | P-type Si substrate, resistivity: 1-10 Ω · cm. |
Sample holder (sputtering system) | Kao Duen Technology | N/A | Ceramic material |
Mechanical pump (sputtering system) | Ulvac | D-330DK | |
Diffusion pump (sputtering system) | Ulvac | ULK-06A | |
Mass flow controller | Brooks | 5850E | The maximum Argon flow is 400 mL/min |
Manual wheel Angle poppet valve | King Lai | N/A | Vacuum range from 2500 ~1 × 10-8 torr |
Raman measurement system | Horiba | Jobin Yvon LabRAM HR800 | |
Transmission electron microscopy | Fei | Tecnai G2 F20 | |
Petri dish | Kwo Yi | N/A | |
Tweezer | Venus | 2A | |
Digital dry cabinet | Jwo Ruey Technical | DRY-60 | |
Dual-channel system sourcemeter | Keithley | 2636B |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved