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

1. Caratterizzazione strutturale di Mose 2 Cristalli di livello (vedi punto 1 in figura 1) <ol><li> XRD Procedura di misurazione <ol><li> Montare un cristallo strato MOSE 2 (con la gamma di dimensioni 5 x 5 x 0,1-10 x 10 x 0,5 mm 3) o cristallo in polvere (che è stata miscelata con polvere di quarzo e legante ed è stato spalmato sul vetrino) sul supporto. </li><li> Premere il supporto da un vetrino per garantire cristallo strato superficiale parallela alla superficie titolare. </li><li> Caricare il supporto del campione nella diffrattometro. </li><li> Chiudere le porte del diffrattometro. </li><li> Calibrare linea di fascio di conseguenza le istruzioni del produttore. </li><li> Parametri di misura di ingresso, come la gamma di scansione 2 (10-80 °), l&#39;incremento (0.004 °), e il tempo di sosta (0,1 sec). </li><li> Avviare il programma DIFFRAC.Measurement Center sul computer collegato alla diffrattometro e quindi salvare i dati e dati il ​​nome del file secondo il proto del produttorecol. </li><li> Analizzare il modello XRD individuando le posizioni dei picchi di diffrazione usando il software e quindi confrontare con i dati dal database standard di carta JCPDS per confermare il singolo qualità fuori dal piano di orientamento e single-cristallina delle Mose 2 cristalli strato 32,33 . </li></ol></li><li> Micro-Raman Procedura di misurazione <ol><li> Eseguire la calibrazione attrezzature Raman utilizzando un wafer di silicio come campione di riferimento. La misurazione del silicio è la stessa della procedura di seguito descritta per gli interessati MoSE 2 strato cristallino. </li><li> Montare un cristallo mose 2 strato sul vetrino. </li><li> Caricare il vetrino sul supporto del microscopio ottico e concentrare la superficie del campione con una sorgente di luce bianca. </li><li> Commutare la sorgente di luce da una luce bianca di un fascio laser (lunghezza d&#39;onda a 514 nm). </li><li> Parametri di misura di ingresso, quali la gamma di scansione numero d&#39;onda (150-500 cm -1), l&#39;integrTempo zione (10 sec), e il numero di volte di scansione (10-30 volte). </li><li> Avviare il programma sul computer collegato alla spettrometro Raman e quindi salvare i dati e file di dati nome secondo il protocollo del produttore. </li><li> Analizzare lo spettro Raman identificando la loro larghezza e posizioni utilizzando il software di punta e quindi confrontare con i dati standard da riferimenti per confermare il tipo di struttura cristallina e la qualità dei Mose 2 cristalli strato 34,35. </li></ol></li></ol> 2. Realizzazione di Mose 2 layer Dispositivi nanocristalli <ol><li> Esfoliazione meccanica di cristalli di livello <ol><li> Pinzette pulite con acetone e alcol. </li><li> Scegli i MOSE 2 cristalli strato (da 4 a 8 pezzi) con una superficie lucida (cioè specchio di cristallo faccia) e una dimensione un&#39;area più grande di 0,5 x 0,5 mm 2 con le pinzette e metterle sul nastro a dadi con una dimensione di zona 20 x 60 mm 2.</li><li> Piegare il nastro a metà per esfoliare il cristallo livello e ripetere l&#39;azione di circa venti volte. Di solito i cristalli layer possono essere rimossi in molti cristalli di dimensioni micrometriche in larghezza (vedi punto 2 nella Figura 1). </li><li> Caricare il nastro dadi con la polvere strato di nanocristalli nella camera SEM per osservare le dimensioni e morfologie di questi spogliato MoSE 2 strati microcristalli. Se le distribuzioni di larghezza dello strato di nanocristalli sono a 1-20 micron, la polvere di nanocristalli in grado di soddisfare i criteri per la fabbricazione del dispositivo. </li></ol></li><li> Dispersione dei nanocristalli di livello sul modello di dispositivo <ol><li> Posizionare il nastro dadi con lo strato di nanocristalli di polvere rovesciata sul modello dispositivo. Il modello è SiO 2 (300 nm) substrato di silicio Rivestiti con sedici pre-modellata Ti (30 nm) / Au (90 nm) elettrodi sulla superficie SiO 2 (vedere Fase 4 in Figura 1). La dimensione del modello area è 5 x 5 mm <sup&gt; 2. </li><li> Toccare il nastro a dadi leggermente per fare alcuni nanocristalli (circa 10 a 100 pezzi) cadono sul modello. </li><li> Controllare la densità numerica e condizioni dispersione del nanocristalli sul modello al microscopio ottico o talvolta da SEM se i nanocristalli dispersi non possono essere osservati al microscopio ottico. Di solito da 2 a 5 pezzi di nanocristalli (dimensioni dell&#39;area più grande di 2 x 2 micron 2) dispersi sulla piazza centrale (con superficie di 80 x 80 micron 2) del modello senza sovrapposizioni tra loro sono la condizione migliore per la prossima lavorazione FIB . </li></ol></li><li> Fabbricazione di elettrodi da FIB <ol><li> Montare modelli sul supporto FIB con lo svolgimento di nastro di lamina di rame. Tipicamente, la zona di condurre il nastro di 3 x 2.4 cm 2 è stato richiesto per il montaggio 6-8 modelli. </li><li> Caricare il supporto nella camera FIB. </li><li> Evacuare la camera per il grado di vuoto fino a 10 -5 mbar facendo clic sul pulsante&quot;Pompa&quot;. </li><li> Impostare la corrente fascio elettronico (41 pA) e tensione di accelerazione (10 kV) per il modo SEM. </li><li> Impostare la corrente del fascio ionico (0,1 nA) e tensione di accelerazione (30 kV) per il modo FIB. </li><li> Riscaldare il sistema fascio di ioni e gas-injection-sistema (GIS) facendo clic sul pulsante &quot;trave su&quot; e il tasto &quot;fredda&quot; in blocco &quot;di iniezione del gas&quot;, rispettivamente. </li><li> Accendere il fascio elettronico facendo clic sul pulsante &quot;Fascio On&quot; e mettere a fuoco l&#39;immagine con un basso ingrandimento di 100X. </li><li> Impostare la distanza di lavoro z-assiale (WD) a 10 mm per la modalità SEM. </li><li> Impostare l&#39;ingrandimento a 5,000X e mettere a fuoco. </li><li> Impostare l&#39;angolo di inclinazione del supporto a 52 gradi facendo clic sul pulsante &quot;Navigazione&quot; e inserire l&#39;angolo di inclinazione &quot;52&quot;. </li><li> Selezionare un livello nanocristalli MoSE 2 con un certo spessore (da 5 a 3000 nm) e rettangolare e forma quadrata per la fabrica dell&#39;elettrodozione. </li><li> Prendete le immagini SEM a diversi ingrandimenti (da 1,000X a 10.000X) del materiale incontaminato mirato prima di fabbricazione di elettrodi facendo clic sul pulsante &quot;Snapshot&quot;. </li><li> Passare alla modalità FIB e scattare una foto FIB dal modo snapshot per ridurre il tempo di esposizione del materiale mirato sotto fascio bombardamento ionico. </li><li> Definire l&#39;area di deposizione degli elettrodi, selezionare la modalità &quot;Pt deposizione&quot;, e inserire lo spessore (0,2-1,0 micron) il valore dell&#39;elettrodo Pt depositato. </li><li> Introdurre il capillare del GIS nella camera facendo clic sulla casella &quot;Pt dep&quot; in blocco &quot;di iniezione del gas&quot;. </li><li> Riprendere un&#39;immagine modalità foto e modificare la posizione degli elettrodi se il modello originariamente definito sposta leggermente. </li><li> Accendere la deposizione FIB facendo clic sul pulsante &quot;Start Patterning&quot;. </li><li> Dopo la deposizione, disegnare il capillare del GIS indietro di Cliccando di la casella &quot;Pt dep &quot;nel&quot; blocco di iniezione del gas &quot;. </li><li> Passare alla modalità SEM e controllare il risultato degli elettrodi Pt depositati sul nanocristalli livello. </li><li> Prendete le immagini SEM a diversi ingrandimenti dei dispositivi completati con due o quattro elettrodi (vedi punto 3 nella figura 1). </li><li> Impostare l&#39;angolo di inclinazione del ritorno titolare di 0 gradi facendo clic sul pulsante &quot;Navigazione&quot; e inserire l&#39;angolo di inclinazione &quot;0&quot;. </li><li> Prendere top-visto immagini SEM a diversi ingrandimenti per le stime della larghezza materiale e l&#39;elettrodo interdistanza facendo clic sul pulsante &quot;Snapshot&quot;. </li><li> Spegnere le sistemi di travi a fascio elettronico e ion e raffreddare sistema GIS facendo clic sul pulsante &quot;Raggio Off&quot; e il pulsante &quot;Warm&quot; in blocco &quot;di iniezione del gas&quot;, rispettivamente. </li><li> Ventilare la camera con l&#39;introduzione di azoto facendo clic sui pulsanti &quot;Vent&quot; e poi prendere il titolaredalla camera. Si richiede in genere da 5 a 10 minuti per completare il processo di sfiato. </li><li> Chiudere la porta della camera e evacuare la camera. </li></ol></li></ol> 3. caratterizzazioni dei MoSE 2 strati Dispositivi nanocristalli <ol><li> Misura spessore dei nanocristalli strato AFM <ol><li> Installare il cantilever AFM al titolare sonda. </li><li> Accendere programma AFM e selezionare la modalità &quot;ScanAsyst&quot;. </li><li> Caricare il supporto sonda e collegarlo con il laser a diodi capo della stazione di AFM. </li><li> Eseguire la calibrazione per allineare la posizione del raggio laser incidente ed il cantilever secondo il protocollo del produttore. </li><li> Montare il campione (il chip modello con dispositivi strato di nanocristalli FIB-fabbricato) sul supporto del campione Cu nastro di alluminio. </li><li> Caricare il supporto del campione alla stazione di AFM. </li><li> Spostare il supporto del campione nella posizione di circa sotto il raggio laser o AFM cantilevER. </li><li> Più in basso AFM a sbalzo per la posizione del fuoco mettendo a fuoco l&#39;immagine microscopio ottico dello strato di nanocristalli. </li><li> Parametri di scansione di input come l&#39;area di scansione (6 x 6-30 x 30 micron 2), la frequenza (0.5-1.5 Hz), e la risoluzione (256-512 linee). </li><li> Avviare il programma e salvare i dati in base al protocollo del produttore. </li><li> Sollevare il cantilever AFM e prendere il supporto del campione fuori. </li><li> Caricare il secondo campione e ripetere la procedura di misurazione descritto sopra, se necessario. </li><li> Stimare lo spessore di nanocristalli di livello analizzando l&#39;immagine e l&#39;altezza del profilo AFM utilizzando il software &quot;Nanoscope Analysis&quot;. Selezionare un profilo laterale altezza della immagine AFM e determinare il valore medio dello spessore dalla superficie appiattimento del profilo. (Vedi Figura 2d e 2e) </li></ol></li><li> Corrente rispetto alla tensione (IV) misurazione dei nanocristalli strato <ol><li> Montaredel campione (il chip modello con dispositivi strato di nanocristalli FIB-fabbricato) sul substrato di mica da Cu nastro di alluminio. </li><li> Incollare i fili smaltati o fili Cu sugli elettrodi del chip da pasta Ag. (Vedere il punto 4 in Figura 1). </li><li> Caricare il campione completato nella camera di stazione di sonda e fissarlo sul supporto campione Cu nastro di alluminio. La stazione della sonda criogenica si trovava in un ambiente buio. (Vedere il punto 5 in figura 1). </li><li> Saldare i fili elettrici del campione e gli elettrodi di metallo della sonde uno per uno. </li><li> Chiudere la camera superiore ed evacuare la camera fino a 10 -4 mbar. Raffreddare campione al 77 K con l&#39;introduzione di azoto liquido nella stazione di sonda. Impostare l&#39;intervallo di temperatura (in genere da 80 al 320 K), intervallo e tempo di sosta per il controllo della temperatura. (Necessario solo per la misura dipendente dalla temperatura). </li><li> Impostare l&#39;intervallo di ampia tensione applicata (tipicamente da -1 a 1 V), tensione di interval (0,01 V), e la corrente massima limitata (10 o 100 mA) in un elettrometro multifunzionale altissima impedenza per la misura a due terminali IV. Per la misura a quattro terminali, impostare l&#39;attuale gamma ampia applicazione (tipicamente da -100 a 100 mA) e l&#39;intervallo di corrente (1 μA). </li><li> Avviare il programma e salvare i dati IV a temperatura ambiente oa differenti temperature. </li><li> Aprire il coperchio della camera se necessario e prelevare il campione dalla camera. </li><li> Caricare il secondo campione, se necessario e ripetere la procedura sopra descritta. </li><li> Analizzare la curva IV tracciando la corrente misurata contro dati di tensione applicata utilizzando il software. Montare la curva IV selezionando la funzione di montaggio lineare. Controllare la linearità della curva IV e ottenere il valore di pendenza (cioè valore di conduttanza). (Vedi punto 6 in figura 1). </li><li> Ripetere il Passo 3.2.10 per le curve IV measured a temperature diverse in caso di necessità. </li><li> Calcolare il valore di conducibilità (σ) secondo l&#39;equazione σ = G (t / tw) adottando i parametri ottenuti da IV, SEM, e misure AFM compreso conduttanza (G), lo spessore (t), la larghezza (w) e la lunghezza ( l) dello strato di nanocristalli. </li><li> Tracciare le curve dei valori di conduttanza e conducibilità rispetto spessore di strato nanocristalli. </li></ol></li></ol>

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

The authors have nothing to disclose.

La determinazione accurata del valore σ e la sua dipendenza dimensione nanocristalli strato è altamente dipendente dalla qualità dei contatti elettrici. Il metodo utilizzato per la FIB di deposizione elettrodo metallico deposizione giocato un ruolo cruciale durante lo studio. Secondo elettrica, analisi strutturale, e la composizione, la realizzazione di contatti ohmici stabili ed altamente riproducibili, utilizzando il metodo FIB deposizione nelle MOSE 2 o MoS 2 dispositivi è stata fac...

Dichalcogenides metalli di transizione (TMD), come MoS 2, Mosè 2, WS 2, e WSE 2, hanno un bidimensionali (2D) struttura dei livelli interessanti e proprietà di semiconduttore 1-3. Gli scienziati hanno recentemente scoperto che la struttura monostrato di MoS 2 mostra una sostanzialmente maggiore efficienza luminescente causa dell&#39;effetto confinamento quantico. La scoperta del nuovo materiale semiconduttore-bandgap diretta ha attirato notevole attenzione 4-7. Inoltre, la struttura dei livelli facilmente spogliato di TMD è una piattaforma eccellente per studiare le proprietà fondamentali dei materiali 2D. Diversamente grafene metallico senza bandgap, TMDs avere caratteristiche intrinseche semiconduttori e hanno un bandgap nell&#39;intervallo 1-2 eV 1,3,8. Le strutture 2D dei composti ternari di TMDs 9 e la possibilità di integrazione di questi composti con grafene forniscono un opp senza precedentiortunity per sviluppare dispositivi elettronici ultrasottili e flessibili. A differenza di grafene, i valori di temperatura ambiente di mobilità degli elettroni 2D TMD sono ad un livello moderato (1-200 cm 2 V - 1 sec - 1 per AdM 10-17 febbraio; circa il 50 cm 2 V - 1 sec - 1 per MOSE 2 18 ). I valori ottimali di mobilità di grafene sono stati segnalati per essere superiore a 10.000 cm 2 V - 1 sec. - 19-21 Gennaio Tuttavia, semiconduttori monostrati TMD esibiscono ottime prestazioni del dispositivo. Per esempio, il MoS 2 e Mosè 2 monostrati o multistrato ad effetto di campo transistor mostra estremamente elevati on / off rapporti, fino a 10 6 -10 9 10,12,17,18,22. Pertanto, è fondamentale per comprendere le proprietà fondamentali elettriche del TMDs 2D emateriali alla rinfusa ir. Tuttavia, studi sulle proprietà elettriche dei materiali strati sono stati parzialmente ostacolato a causa della difficoltà nel formare un buon contatto ohmico sui cristalli strato. Tre approcci, maschera ombra di deposizione (SMD) 23, la litografia a fascio di elettroni (EBL) 24,25, e focalizzato-Ion Beam (FIB) deposizione, 26,27 sono stati utilizzati per formare contatti elettrici sui nanomateriali. Poiché SMD genere comporta l&#39;uso di una griglia di rame come maschera, la spaziatura tra i due elettrodi di contatto è prevalentemente maggiore di 10 micron. Diversamente EBL e FIB deposizione deposizione metallica di schiere di elettrodi su un substrato viene effettuata senza targeting o selezionando nanomateriali di interesse nel metodo SMD. Questo approccio non può garantire che i modelli in metallo sono depositati correttamente sui nanomateriali individuali come gli elettrodi. Il risultato del metodo SMD ha un elemento di fortuna. I metodi di deposizione EBL e FIB sono utilizzati nelmicroscopio elettronico a scansione di sistema (SEM); i nanomateriali possono essere osservati direttamente e selezionati per l&#39;elettrodo di deposizione. Inoltre, EBL può essere utilizzato per fabbricare facilmente elettrodi metallici con uno spessore di linea ed un elettrodo di contatto spaziatura inferiore a 100 nm. Tuttavia, il residuo resist sulla superficie nanomateriale sinistra durante litografia comporta inevitabilmente la formazione di uno strato isolante tra l&#39;elettrodo metallico e il nanomateriale. Così, EBL porta ad alta resistenza di contatto. Il vantaggio principale di fabbricazione di elettrodi attraverso FIB deposizione è che porta a bassa resistenza di contatto. Poiché deposizione metallo viene eseguita dalla decomposizione di un precursore organometallico utilizzando un fascio di ioni nella zona definita, deposizione di metalli e bombardamento ionico si verificano simultaneamente. Ciò potrebbe distruggere all&#39;interfaccia metallo-semiconduttore e prevenire la formazione di contatto Schottky. Bombardamento ionico può anche eliminare gli agenti inquinanti di superficie come Hydrocarbons e ossidi nativi, che diminuisce la resistenza di contatto. Ohmico fabbricazione contatto attraverso FIB deposizione è stata dimostrata per diverse nanomateriali 27-29. Inoltre, l&#39;intera procedura di fabbricazione nell&#39;approccio FIB deposizione è semplificata rispetto al EBL. Come strato semiconduttori mostrano tipicamente altamente anisotropa conduzione elettrica, la conduttività nella direzione strato per strato è di diversi ordini di grandezza inferiore a quella nella direzione 30,31 nel piano. Questa caratteristica aumenta la difficoltà di fabbricare contatti ohmici e determinazione conduttività elettrica. Pertanto, in questo studio, FIB deposizione è stata utilizzata per studiare le proprietà elettriche di nanostrutture strato semiconduttore.

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

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

Semiconduttori strato con strutture (2D) facilmente elaborati bidimensionali presentano transizioni bandgap indiretta a diretta e prestazioni dei transistor superiore, che suggeriscono una nuova direzione per lo sviluppo degli ultraleggeri di ultima generazione e dispositivi fotonici e elettronici flessibili. Maggiore luminescenza efficienza quantica è stato ampiamente osservato in questi cristalli 2D atomico sottili. Tuttavia, gli effetti di dimensione al di là di spessori confinamento quantistico o anche su scala micrometrica non sono previsti e raramente sono stati osservati. In questo studio, molibdeno diselenide (MOSE 2) strato di cristalli con una gamma di spessori 6-2,700 nm sono stati fabbricati come due o quattro dispositivi terminali. Formazione contatto ohmico è stato raggiunto con successo con il metodo di deposizione raggio focalizzato ioni di litio (FIB) utilizzando il platino (Pt) come metallo contatto. Cristalli di livello con vari spessori sono stati preparati attraverso semplice esfoliazione meccanica utilizzando del nastro adesivo taglio a cubetti. MISURE curva corrente-tensionets sono stati eseguiti per determinare il valore di conducibilità dei nanocristalli strato. Inoltre, ad alta risoluzione microscopio elettronico a trasmissione,-regione selezionata elettroni diffrattometria, e spettroscopia a raggi X a dispersione di energia sono stati usati per caratterizzare l&#39;interfaccia del contatto metallo-semiconduttore dei MOSE 2 dispositivi FIB-fabbricato. Dopo l&#39;applicazione degli approcci, è stata osservata la sostanziale conducibilità elettrica spessore-dipendente in una vasta gamma di spessore per la -layer semiconduttori MoSE 2. La conducibilità aumentata di più di due ordini di grandezza da 4,6 a 1500 Ω - 1 cm - 1, con una diminuzione dello spessore da 2.700 a 6 nm. Inoltre, la conducibilità in funzione della temperatura indicato che i sottili Møse 2 multilayers esposti comportamento semiconduttore notevolmente debole con energie di attivazione di 3,5-8,5 meV, che sono notevolmente inferiori a quelle (36-38 meV) della massa. Probable proprietà di trasporto di superficie dominante e la presenza di una concentrazione di elettroni ad alta superficie di mose 2 sono proposti. Risultati simili possono essere ottenuti per altri materiali semiconduttori come strato MoS 2 e WS 2.

I valori determinati per la conduttanza elettrica (G) e conducibilità (σ) di nanomateriali Layer diversi spessori sono altamente dipendenti dalla qualità dei contatti elettrici. I contatti ohmici del MoSE due terminali-FIB-deposizione fabbricato 2 dispositivi sono caratterizzati misurando la corrente-tensione (I - V) Curva. La temperatura ambiente I - V curve per i due terminali mose 2 dispositivi nanoflake con diversi spessori sono mostrati in figura ...

Watch this Scientific Journal Video about Ohmic Contact Fabrication Using a Focused-ion Beam Technique and Electrical Characterization for Layer Semiconductor Nanostructures at JoVE.com

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

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

Ohmico Fabrication contatto con una tecnica Focused Ion Beam-e caratterizzazione elettrica per strato semiconduttore Nanostrutture

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

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

Research

JoVE Journal

Engineering

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

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

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

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

Progettazione, fabbricazione, e Sperimentale Caratterizzazione di plasmoniche Emettitori Terahertz fotoconduttive

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

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

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

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

Fabbricazione e caratterizzazione di polimeri disordinati fibre ottiche per la Trasversale localizzazione di Anderson di Luce

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

Writing and Low-Temperature Characterization of Oxide Nanostructures

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

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

Scrittura e bassa temperatura Caratterizzazione di nanostrutture di ossido

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

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

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

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

Patterning via ottici saturabili Transitions - fabbricazione e la caratterizzazione

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

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

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

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

Fabbricazione e funzionamento di un nano-ottica Nastro trasportatore

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

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

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

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

Silicio metallico-ossido-semiconduttore Quantum Dots per singolo elettrone di pompaggio

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

Phase Diagram Characterization Using Magnetic Beads as Liquid Carriers

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

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

Fase Diagramma Caratterizzazione utilizzando biglie magnetiche come vettori liquidi

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

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

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

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

Caratterizzazione completa dei difetti estesi in materiali semiconduttori da un microscopio elettronico a scansione

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

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

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

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

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

Focused Ion Beam fabbricazione di Nanobatteries basati su LiPON litio allo stato solido per test In Situ

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

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

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

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

Pressione atmosferica fabbricazione di fiocchi di medie e grandi monostrato rettangolare SnSe

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