Questo lavoro è stato supportato dal Consiglio nazionale di scienza, Taiwan sotto contratto no. PIÙ 105-2112-M-003-016-MY3. Questo lavoro inoltre è stato sostenuto in parte dai laboratori nazionali di dispositivo Nano e laboratorio di e-fascio di ingegneria elettrica dell'Università nazionale di Taiwan.

1. processo di fabbricazione di transistor 2D Quasi-heterojunction
<ol><li>Preparare commerciale c-aereo zaffiro.<ol>
<li>Lavare l'intero singolo-lato di zaffiro (2 pollici) con acetone.</li>
		<li>Sciacquare il substrato di zaffiro con alcool isopropilico.</li>
	</ol></li>
	<li>Crescere MoS2 su substrato di zaffiro utilizzando CVD in una fornace di pareti calde.<ol>
<li>Posto 0,6 g di polvere di molibdeno triossido (MoO3) in una barca di quarzo situato presso il riscaldamento zona centro del forno. Mettere il substrato dello zaffiro a valle accanto alla barca di quarzo contenente la polvere di3 MoO.</li>
		<li>Preparare la polvere di zolfo (S) in una barca di quarzo separato sul lato a Monte del forno. Mantenere la sua temperatura a 190 ° C durante la reazione.</li>
		<li>Utilizzare argon (Ar = 70 sccm, 40 Torr) gas flusso per portare i vapori di3 S e MoO al substrato di zaffiro durante il riscaldamento della zona centro a 750 ° C.</li>
		<li>Mantenere la zona di riscaldamento, dopo aver raggiunto la temperatura desiderata crescita di 750 ° C, per 15 min e poi naturalmente raffreddare il forno a temperatura ambiente.</li>
	</ol></li>
	<li>Eseguire EBL. Nota: Un Au sottile di circa 5 nm è stato depositato da sputtering per lo scarico durante tutti i processi di EBL su substrato di zaffiro<ol>
<li>Identificare, utilizzando un microscopio ottico, un'area dove si osservano fiocchi di MoS2 monostrato, quindi progettare il layout del modello di striscia per quel settore specifico utilizzando un software di progettazione (AutoCAD).</li>
		<li>Spin-cappotto photoresist (PR), metacrilato di polymethyl (PMMA) ad esempio o P015, sopra il campione a 2000 rpm per 60 s (temperatura ambiente). Assicurarsi che il PR ha coperto l'intero campione dopo spin-coating.</li>
		<li>Riscaldare il campione (cuocere morbido) a 100 ° C per 90 s in modo da far evaporare i solventi nel PR e migliorare l'adesione.</li>
		<li>Convertire il layout di modello al punto 1.3.1 in un file specifico (esempio: file GDS) e caricarlo nel software EBL.</li>
		<li>Determinare la dose ideale di fascio di elettroni basato sulla larghezza delle righe nel layout. Nota: Per la larghezza della riga più stretto di 1 µm, la dose ideale di fascio di elettroni è 110 µC/cm2; per 1 a 5 µm spessore della linea, la dose è 100 µC/cm2; e per una larghezza di linea più ampia di 5 µm, la dose è di 80 µC/cm2.</li>
		<li>Inizia a esporre il campione a fascio di elettroni.</li>
		<li>Applicare cuocere post-esposizione (PEB) sul campione dopo l'esposizione al fine di ridurre gli effetti di onde stazionarie. Riscaldare il campione a 120 ° C per 90 s.</li>
		<li>Utilizzare tetrametilammonio idrossido (TMAH) 2,38% come sviluppatore. Immergere il campione TMAH per 80 s. lavare il TMAH con 200 mL di acqua deionizzata per 10 s.</li>
		<li>Esaminare se il modello è ben sviluppato mediante microscopia ottica.</li>
		<li>Condurre cuocere difficile sbarazzarsi di acqua in eccesso in calore Pr. il campione a 110 ° C per 90 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Definire le strutture di striscia con acquaforte di 50 W ossigeno (O2) del plasma (1st acquaforte) per 30 s a 2 min e Rimuovi PR con 50 mL di acetone.</li>
	<li>Crescere diseleniuro di tungsteno (WSe2) mediante CVD nella posizione di destinazione, che si tradurrà in una crescita preferita di WSe2 strato tra le strisce di2 MoS già esistente sul substrato di zaffiro.<ol>
<li>Posto 0,6 g di polvere di tungsteno triossido (WO3) in una barca di quarzo situato presso il riscaldamento zona centro del forno. Mettere il substrato dello zaffiro a valle accanto alla barca di quarzo contenente la polvere di3 WO.</li>
		<li>Preparare la polvere di selenio (Se) in una barca di quarzo separato sul lato a Monte del forno. Mantenere la sua temperatura a 260 ° C durante la reazione.</li>
		<li>Utilizzare Ar/H2 (Ar = 90 sccm, H2 = 6 sccm, 20 Torr) gas flusso per portare i vapori di3 Se e WO al substrato di zaffiro durante il riscaldamento della zona centro a 925 ° C.</li>
		<li>Mantenere la zona di riscaldamento, dopo aver raggiunto la temperatura desiderata crescita di 925 ° C, per 15 min e poi naturalmente raffreddare il forno a temperatura ambiente.</li>
	</ol></li>
	<li>Fabbricare le matrici metallico della pastiglia e i segni di allineamento.<ol>
<li>Sovrapporre i modelli di matrici metallico della pastiglia e allineamento i marchi mediante fotolitografia patterning tecnica.</li>
		<li>Deposito 20 nm/60 nm Ti/Au utilizzando la pistola di elettrone evaporatore. Nota: L'oro è usato per evitare l'ossidazione dei rilievi del metallo.</li>
		<li>Preparare e immergere il campione a 100 mL di acetone per sciogliere PR ed eseguire Lift-off. Agitare e soffiare l'acetone mentre controllo l'intero processo tramite microscopia ottica finché le pastiglie in metallo diventano evidenti.</li>
	</ol></li>
	<li>Eseguire un altro processo EBL per sovrapporre un reticolo di forma del nastro in cima MoS2- WSe2 eterogiunzione.<ol>
<li>Misurare lo spostamento delle coordinate tra la località di destinazione in MoS2- WSe2 eterogiunzione e i segni di allineamento mediante microscopia ottica e progettare il layout della barra multifunzione-forma sulla base di queste misurazioni utilizzando un software (AutoCAD).</li>
		<li>Spin-cappotto PR, per esempio PMMA o P015, sopra il campione a 2000 rpm per 60 s (temperatura ambiente). Assicurarsi che il PR ha coperto l'intero campione dopo spin-coating.</li>
		<li>Riscaldare il campione (cuocere morbido) a 100 ° C per 90 s in modo da far evaporare i solventi nel PR e migliorare l'adesione.</li>
		<li>Convertire il layout di ripetizione nel passaggio 1.7.1 in un file specifico (esempio: file GDS) e caricarlo nel software EBL.</li>
		<li>Determinare la dose ideale di fascio di elettroni basato sulla larghezza delle righe nel layout. Nota: Per la larghezza della riga più stretto di 1 µm, la dose ideale di fascio di elettroni è 110 µC/cm2; per 1 a 5 µm spessore della linea, la dose è 100 µC/cm2; e per una larghezza di linea più ampia di 5 µm, la dose è di 80 µC/cm2.</li>
		<li>Impostare la macchina EBL tale che la posizione dei segni di allineamento nel substrato zaffiro corrisponde la sua corrispondenza nel layout.</li>
		<li>Inizia a esporre il campione a fascio di elettroni.</li>
		<li>Applicare PEB sul campione dopo l'esposizione al fine di ridurre gli effetti di onde stazionarie. Riscaldare il campione a 120 ° C per 90 s.</li>
		<li>Utilizzare TMAH 2,38% come lo sviluppatore. Immergere il campione TMAH per 80 s. lavare il TMAH con 200 mL di acqua deionizzata per 10 s.</li>
		<li>Esaminare se il modello è ben sviluppato mediante microscopia ottica.</li>
		<li>Condurre cuocere difficile sbarazzarsi di acqua in eccesso in calore Pr. il campione a 110 ° C per 90 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Utilizzare acquaforte di O2 al plasma (2nd acquaforte) per definire un'eterogiunzione laterali a forma di nastro e rimuovere PR dall'acetone.</li>
	<li>Eseguire il processo di EBL per sovrapporre il modello degli elettrodi metallici Ti/Au.<ol>
<li>Misurare lo spostamento delle coordinate tra la località di destinazione in MoS2- WSe2 eterogiunzione e i segni di allineamento mediante microscopia ottica e progettare il layout di elettrodo metallico sulla base di queste misurazioni utilizzando un software (AutoCAD).</li>
		<li>Spin-cappotto PR, per esempio PMMA o P015, sopra il campione a 2000 rpm per 60 s (temperatura ambiente). Assicurarsi che il PR ha coperto l'intero campione dopo spin-coating.</li>
		<li>Riscaldare il campione (cuocere morbido) a 100 ° C per 90 s in modo da far evaporare i solventi nel PR e migliorare l'adesione.</li>
		<li>Convertire il layout di ripetizione nel passaggio 1.9.1 in un file specifico (esempio: file GDS) e caricarlo nel software EBL.</li>
		<li>Determinare la dose ideale di fascio di elettroni basato sulla larghezza delle linee metalliche nel layout. Nota: Per la larghezza della linea metallo stretto di 1 µm, la dose ideale di fascio di elettroni è 110 µC/cm2; per 1 a 5 µm spessore della linea, la dose è 100 µC/cm2; e per una larghezza di linea più ampia di 5 µm, la dose è di 80 µC/cm2.</li>
		<li>Impostare la macchina EBL tale che le posizioni dei segni di allineamento nel substrato zaffiro corrisponde la sua corrispondenza nel layout.</li>
		<li>Inizia a esporre il campione a fascio di elettroni.</li>
		<li>Applicare PEB sul campione dopo l'esposizione al fine di ridurre gli effetti di onde stazionarie. Riscaldare il campione a 120 ° C per 90 s.</li>
		<li>Utilizzare TMAH 2,38% come lo sviluppatore. Immergere il campione TMAH per 80 s. lavare il TMAH con 200 mL di acqua deionizzata per 10 s.</li>
		<li>Esaminare se il modello è ben sviluppato mediante microscopia ottica.</li>
		<li>Condurre cuocere difficile sbarazzarsi di acqua in eccesso in calore Pr. il campione a 110 ° C per 90 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Eseguire il lift-off e deposizione metallica Ti/Au<ol>
<li>Cassetta di metallo di Ti/Au usando la pistola di elettrone evaporatore con lo spessore di meno di 100 nm, in caso contrario, sarà difficile rimuovere il PR e il metallo indesiderato di Lift-off.</li>
		<li>Preparare e immergere il campione a 100 mL di acetone per sciogliere PR ed eseguire Lift-off. Agitare e soffiare l'acetone mentre controllo l'intero processo tramite microscopia ottica finché ci sono solo linee di metallo e pastiglie a sinistra.</li>
	</ol></li>
	<li>Eseguire il processo di EBL nel passaggio 1,9 ma sovrapposizione pattern di elettrodo metallico di Pd/Au invece Ti/Au.</li>
	<li>Eseguire il processo di deposizione e Lift-off metallo nel passaggio 1.10 ma depositare Pd/Au invece Ti/Au.</li>
</ol>2. processo di fabbricazione 2D Back-gated transistori
<ol><li>Preparare il retro-gated Si/SiO2 substrati con segni di allineamento.<ol>
<li>Preparare il substrato SiO2/Si fatti in casa o commerciale.</li>
		<li>Consente di definire il segno di allineamento fotolitografia o tecniche di campitura EBL.</li>
		<li>Eseguire reattiva ion etching (RIE) sul substrato di SiO2/Si finché non raggiunge la profondità totale dell'area target 1000 nm e rimuovere il PR da plasma di2 O di rivelare i segni di allineamento formata.</li>
		<li>I modelli di matrici di pad in metallo mediante fotolitografia patterning tecnica di sovrapposizione.</li>
		<li>Deposito 20 nm/60 nm Ti/Au utilizzando la pistola di elettrone evaporatore. Nota: L'oro è usato per evitare l'ossidazione dei rilievi del metallo.</li>
		<li>Preparare e immergere il campione a 100 mL di acetone per sciogliere PR ed eseguire Lift-off. Agitare e soffiare l'acetone durante l'intero processo di monitoraggio mediante microscopia ottica fino a quando le pastiglie in metallo diventano evidenti.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Eseguire il CVD di MoS2 su substrato di zaffiro in una fornace di pareti calde.<ol>
<li>Posto 0,6 g di MoO3 in polvere in una barca di quarzo situato presso il riscaldamento zona centro del forno. Mettere il substrato dello zaffiro a valle accanto alla barca di quarzo contenente la polvere di3 MoO.</li>
		<li>Preparare la polvere di S in una barca di quarzo separato sul lato a Monte del forno. Mantenere la sua temperatura a 190 ° C durante la reazione.</li>
		<li>Utilizzare argon (Ar = 70 sccm, 40 Torr) gas flusso per portare i vapori di3 S e MoO al substrato di zaffiro durante il riscaldamento della zona centro a 750 ° C.</li>
		<li>Mantenere la zona di riscaldamento, dopo aver raggiunto la temperatura desiderata crescita di 750 ° C, per 15 min e poi naturalmente raffreddare il forno a temperatura ambiente.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Consente di trasferire il substrato di retro-gated SiO2/Si MoS2 dallo zaffiro.<ol>
<li>Cappotto di spin PMMA con la velocità di centrifuga di 3500 rpm per 30 s sopra il film2 MoS.</li>
		<li>Cuocere il MoS2/sapphire campione a 120 ° C per 3 min per rinforzare lo strato di PMMA.</li>
		<li>Immergere il MoS2/Sapphire campione in 50 mL di soluzione di ammoniaca (14,5%) per circa 30 min a 2 h per separare il film2 MoS dal substrato dello zaffiro.</li>
		<li>Pick up il film e trasferirlo al SiO2/Si substrato.</li>
		<li>Cuocere l'esempio di MoS2/SiO2/Si al fine di migliorare l'adesione tra il MoS2 e SiO2 strati. Riscaldare il campione a 120 ° C per circa 30 min a 1 h.</li>
		<li>Rimuovere il PMMA lavandolo con 30 mL di acetone per circa 30 min a 2 h.</li>
		<li>Sciacquare il campione con alcool isopropilico e utilizzare l'azoto per soffiarlo asciutto.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Eseguire EBL. Nota: Non c'è nessun Au sottile depositato sul substrato di SiO2/Si durante processo di EBL, poiché Si è in qualche modo conduttivo.<ol>
<li>Misurare lo spostamento delle coordinate tra la località di destinazione e l'allineamento contrassegna mediante microscopia ottica e, sulla base di queste misurazioni, progettare il layout di modello degli elettrodi metallici utilizzando un software di progettazione. Nota: Elettrodi metallici collegare i punti di destinazione nel campione2 MoS per i rilievi del metallo nel SiO2/Si substrato.</li>
		<li>Spin-cappotto PR, per esempio PMMA o P015, sopra il campione a 2000 rpm per 60 s (temperatura ambiente). Assicurarsi che il PR ha coperto l'intero campione.</li>
		<li>Riscaldare il campione (cuocere morbido) a 100 ° C per 90 s in modo da far evaporare i solventi nel PR e migliorare l'adesione.</li>
		<li>Convertire il layout di modello al punto 2.4.1 in un file specifico (esempio: file GDS) e caricarlo nel software EBL.</li>
		<li>Determinare la dose ideale di fascio di elettroni basato sulla larghezza delle linee metalliche nel layout. Nota: Per la larghezza della linea metallo stretto di 1 µm, la dose ideale di fascio di elettroni è 110 µC/cm2; per 1 a 5 µm spessore della linea, la dose è 100 µC/cm2; e per una larghezza di linea più ampia di 5 µm, la dose è di 80 µC/cm2.</li>
		<li>Impostare la macchina EBL tale che la posizione dei segni di allineamento nel substrato Si/SiO2 partite relativa corrispondenza nel layout.</li>
		<li>Inizia a esporre il campione a fascio di elettroni.</li>
		<li>Applicare PEB sul campione dopo l'esposizione al fine di ridurre gli effetti di onde stazionarie. Riscaldare il campione a 120 ° C per 90 s.</li>
		<li>Utilizzare TMAH 2,38% come lo sviluppatore. Immergere il campione TMAH per 80 s. lavare il TMAH con 200 mL di acqua deionizzata per 10 s.</li>
		<li>Esaminare se il modello è ben sviluppato mediante microscopia ottica.</li>
		<li>Condurre cuocere difficile sbarazzarsi di acqua in eccesso in calore Pr. il campione a 110 ° C per 90 s.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Eseguire il lift-off e deposizione di metallo Au<ol>
<li>Cassetta di metallo Au utilizzando la pistola di elettrone evaporatore con lo spessore di meno di 100 nm, in caso contrario, sarà difficile rimuovere il PR e il metallo indesiderato di Lift-off.</li>
		<li>Preparare e immergere il campione a 100 mL di acetone per sciogliere PR ed eseguire Lift-off. Agitare e soffiare l'acetone durante il monitoraggio del processo tramite microscopia ottica, fino a quando non ci sono solo linee di metallo e pastiglie a sinistra.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Kim, Y. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Challenges+for+Nanoscale+MOSFETs+and+Emerging+Nanoelectronics.">Challenges for Nanoscale MOSFETs and Emerging Nanoelectronics.</a> Transactions on Electrical and Electronic Materials. 11 (3), 93-105 (2010).</li><li>Waldrop, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+chips+are+down+for+Moore's+law.">The chips are down for Moore's law.</a> Nature. 530 (7589), 144-147 (2016).</li><li>Lan, Y. W., Chang, W. 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Gli autori non hanno nulla a rivelare.

In questo articolo vengono illustrate le procedure dettagliate di fabbricare romanzo elettronica basata su materiali 2D in scala nanometrica. Poiché le procedure di preparazione dei campioni di ogni applicazione presentano differenze con l'altro, i processi sovrapposti sono stati trattati come protocollo. Elettrone fascio patterning combinato con determinazione di posizione materiale e definizione di elettrodo metallico serve quindi come il protocollo qui. Tra i due tipi di dispositivi citati, l'intero processo di trans...

Da decenni passati, l'umanità sta vivendo rapid downscale delle dimensioni dei transistor e, di conseguenza, un aumento esponenziale del numero di transistor nei circuiti integrati (ICs). Questo mantiene il continuo progresso della tecnologia basata sul silicio complementari metal-oxide semiconductor (CMOS)1. Inoltre, questa tendenza attuale con le dimensioni e le prestazioni dei dispositivi fabbricati sono ancora in pista con la legge di Moore, che afferma che il numero di transistor su chip elettronici, nonché le loro prestazioni, raddoppia circa ogni due anni2. Transistor CMOS sono presenti nella maggior parte, se non tutti, dei dispositivi elettronici disponibili sul mercato e rendendo così parte integrante della vita umana. A causa di questo, ci sono continue richieste per miglioramenti in chip di dimensioni e prestazioni che hanno spinto i produttori a continuare a seguire pista legge del Moore.
Purtroppo, la legge di Moore sembra essere prossimo alla fine a causa della quantità di calore generato come più circuiti di silicio sono infilati in una piccola area2. Ciò richiede nuovi tipi di materiali che possono fornire lo stesso, se non meglio, prestazioni come il silicio e, allo stesso tempo, può essere implementato in scala relativamente ridotta. Recentemente, nuovi materiali promettenti sono stati soggetti di molte ricerche di scienza dei materiali. Tali materiali come unidimensionale (1D) carbonio nanotubes3,4,5,6,7, grafene 2D8,9,10, 11 , 12e metalli di transizione dichalcogenides (TMDs)13,14,15,16,17,18, sono buoni candidati che possono essere utilizzati come sostituire il silicio CMOS e continuare la pista legge del Moore.
Fabbricazione di piccoli dispositivi richiede attenta determinazione della posizione del materiale di procedere con successo per le altre tecniche di fabbricazione come la litografia e definizione di elettrodo metallico. Quindi, il metodo presentato in questa carta è stato progettato per rispondere a questa esigenza. Rispetto al tradizionale semiconductor fabrication tecniche19, l'approccio presentato in questo paper è Sarto-misura allo sviluppo di dispositivi su scala ridotta che necessita di maggiore attenzione in termini di trovare la posizione del materiale. Lo scopo di questo metodo è affidabile fabbricare dispositivi di nanomateriale 2D, come 2D retro-gated transistori e Q-HBTs, utilizzando processi di fabbricazione standard. Questo può servire come una piattaforma per gli sviluppi futuri nanomacchina come spiana la strada verso la produzione di dispositivi futuri avanzate nano-scala.
Nella sezione procedimento, i processi di fabbricazione per dispositivi basati su materiali 2D vale a dire, il Q-HBT e 2D retro-gated transistor sono discussi in dettaglio. Elettrone fascio patterning combinato con determinazione di posizione materiale ed elettrodo metallico definizione comprende il protocollo, poiché essi sono tenuti in entrambi i processi menzionati. Parte 1 viene illustrato il processo di fabbricazione dettagliata di Q-HBTs20; e parte 2 viene illustrato un approccio universale per ottenere il bisolfuro di molibdeno di chemical vapor deposition (CVD) (MoS2) retro-gated transistori dal trasferimento a lift-off21, che è stato completamente indicato nell'articolo. Il flusso di processo dettagliato è illustrato nella (Figura 1).

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

a standard and reliable method to fabricate two-dimensional nanoelectronics

Materiali di bidimensionale (2D) hanno attirato l'attenzione enorme a causa di loro proprietà uniche e le potenziali applicazioni. Poiché wafer scala sintesi di materiali 2D sono ancora in fase nascente, gli scienziati completamente non possono basarsi sulle tecniche di semiconduttori tradizionali per la ricerca. Processi delicati da individuare i materiali alla definizione di elettrodo devono essere ben controllati. In questo articolo, un protocollo universale fabbricazione necessaria nella produzione di elettronica su scala nanometrica, come 2D quasi eterogiunzione bipolare Transistor (Q-HBT) e 2D retro-gated transistori sono dimostrati. Questo protocollo riguarda la determinazione della posizione del materiale, Litografia a fascio di elettroni (EBL), definizione di elettrodo metallico, et al. Un racconto di passo per passo le procedure di fabbricazione per questi dispositivi inoltre sono presentati. Inoltre, i risultati mostrano che ogni dispositivo fabbricato ha raggiunto ad alte prestazioni con elevata ripetibilità. Questo lavoro rivela una descrizione completa del flusso di processo per la preparazione di 2D nano-elettronica, consente i gruppi di ricerca accedere a queste informazioni e spianare la strada verso l'elettronica del futuro.

I processi di fabbricazione del dispositivo sono stati applicati a molte delle ricerche dell'autore corrispondente che coinvolgono lo sviluppo di dispositivi materiale 2D. In questa parte, i risultati di alcune di queste ricerche sono presentati per dimostrare l'effettività del protocollo discusso sopra. Un monostrato di laterale WSe2-MoS2 Q-HBT20 è selezionato come il primo esempio. Utilizzando i processi di fabbricazione del dispositivo st...

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A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

L'articolo mira a introdurre una procedura di fabbricazione standard e affidabile per lo sviluppo della futura basso nanoelettronica dimensionale.

Un metodo Standard e affidabile per fabbricare nanoelettronica bidimensionale

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

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

Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K Views.  National Taiwan Normal University. L'articolo mira a introdurre una procedura di fabbricazione standard e affidabile per lo sviluppo della futura basso nanoelettronica dimensionale.

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Fabricating Nanogaps by Nanoskiving

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

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

Realizzazione nanogap da Nanoskiving

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

Ricerca

Chimica

A Method to Fabricate Disconnected Silver Nanostructures in 3D

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

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

Un metodo per fabbricare nanostrutture d&#39;argento disconnesse in 3D

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

Ingegneria

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

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

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

Nanomoulding di materiali funzionali, un modello versatile complementare replica Metodo di nanoimprinting

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

Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

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

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

Nanofabbricazione di Porta definiti-GaAs / AlGaAs laterali 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 ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

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

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

Fabbricazione di cavità uniformi su nanoscala tramite silicon direct wafer bonding

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

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 ...

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

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

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

Atomicamente tracciabile nanostrutture

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

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

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

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

Fabbricazione di bassa temperatura Nanotubi di carbonio interconnessioni verticali Compatibile con la tecnologia Semiconductor

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

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

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

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

Fabbricazione di Nanopillar-Based Split Ring risonatori di corrente di spostamento mediata Risonanze a Terahertz metamateriali

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

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

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

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

Fabbricazione di canali Nanoheight che incorporano l'atuazione delle onde acustiche superficiali tramite Litio Niobate per la Nanofluidica acustica

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