この作品が no. の契約の下で台湾科学評議によって支えられました。ほとんどの 105-2112-M-003-016-MY3。この作品は、一部、全国ナノデバイス研究所、国立台湾大学の電気工学の電子ビーム研究所によって支えられたまた。

1. 2D の準ヘテロ接合トランジスタ作製プロセス
<ol><li>商業 c 面サファイア基板を準備します。<ol>
<li>アセトンで全体片面研磨サファイア (2 インチ) を洗います。</li>
		<li>イソプロピル アルコールのサファイア基板をすすいでください。</li>
	</ol></li>
	<li>MoS2ホット壁炉 CVD を用いたサファイア基板上に成長します。<ol>
<li>モリブデンの三酸化 (MoO3) 粉末石英ボートの 0.6 g 加熱である炉のゾーンの中心。置くサファイア基板下流横に MoO3粉末を含む石英ボート。</li>
		<li>炉の上流側で独立した石英ボートの硫黄 (S) 粉末を準備します。反応中に 190 ° c の温度を維持します。</li>
		<li>アルゴンを使用 (Ar = 40 Torr 70 sccm) サファイア基板に 750 ° C にセンター ゾーンを加熱しながら S と MoO3蒸気をもたらすため気流</li>
		<li>750 ° C、15 分間の望ましい成長温度に到達した後加熱ゾーンを維持し、自然室温に炉を冷やします。</li>
	</ol></li>
	<li>EBL を実行します。 注: 薄い Au 約 5 nm だったサファイア基板上の EBL 過程放電用スパッタリングにより作製しました。<ol>
<li>光学顕微鏡、MoS2単分子膜フレークの観察場所の領域を使用して特定し、設計ソフトウェア (AutoCAD) を使用して、特定の領域のストライプ パターンのレイアウトを設計します。</li>
		<li>スピン コート フォトレジスト (PR)、たとえばポリメタクリル酸メチル (PMMA) または 60 2000 rpm でサンプル上に P015 s (室温)。スピン コーティング後 PR がサンプル全体をカバーしていることを確認します。</li>
		<li>100 ° C、90 時 (ソフト焼く) サンプルの熱 PR に溶媒を蒸発させるし、密着性を高めるために s。</li>
		<li>1.3.1 の手順でパターンのレイアウトを特定のファイルに変換 (例: GDS ファイル)、EBL ソフトウェアでそれをアップロードします。</li>
		<li>レイアウトの線の太さに基づいて電子ビームの理想的な投与量を決定します。 注: 線幅 1 μ m よりも狭く、電子ビームの理想的な投与量が 110 μ/cm2。投与量は、1 に 5 μ m 線幅 100 μ/cm2線幅が 5 μ m よりも広い、線量は 80 μ/cm2です。</li>
		<li>電子ビームにサンプルの公開を開始します。</li>
		<li>定在波の影響を低減するためにサンプルに暴露後の露光後ベーク (PEB) を適用します。90 120 ° C でサンプルを熱 s。</li>
		<li>開発者としてテトラメチル アンモニウム (TMAH) 水酸化 2.38% を使用します。80 米を洗って、10 の脱イオン水の 200 mL の TMAH の TMAH をサンプルに浸す s。</li>
		<li>光学顕微鏡によるパターンはよく発達して、調べてください。</li>
		<li>広報熱 90 110 ° C でサンプルの余分な水分を取り除くためにハード焼くを行う s。</li>
	</ol></li>
	<li>30 の 50 W 酸素 (O2) プラズマ エッチング (1stエッチング) を用いたストライプ構造を定義 s を 2 分し、アセトン 50 mL を使用して削除 PR。</li>
	<li>タングステン インジウムガリウムセレン (WSe2) cvd 法を用いたサファイア基板上の既に既存の MoS2ストライプ間に WSe2層の優先成長になります、対象の場所に成長します。<ol>
<li>石英ボートのタングステン三酸化 (WO3) 粉末 0.6 g 加熱である炉のゾーンの中心。置くサファイア基板下流横に WO3粉末を含む石英ボート。</li>
		<li>炉の上流側で独立した石英ボートのセレン (Se) 粉末を準備します。反応中に 260 ° c の温度を維持します。</li>
		<li>Ar/H2を使用 (Ar 90 sccm、H2を = = 6 sccm、20 Torr) 925 ° c. にセンター ゾーンを加熱しながら、サファイア基板に Se および WO3蒸気をもたらすため気流</li>
		<li>925 ° C、15 分間の望ましい成長温度に到達した後加熱ゾーンを維持し、自然室温に炉を冷やします。</li>
	</ol></li>
	<li>金属パッド配列とアライメント マークを作製します。<ol>
<li>フォトリソ パターンニング技術マークの金属パッドの配列と配置のパターンをオーバーレイします。</li>
		<li>預金 20 nm/60 nm Ti/Au 電子銃蒸発器を用いています。 メモ: 金は金属パッドの酸化を避けるために使用されます。</li>
		<li>準備し、PR を溶解し、リフトオフを実行するアセトン 100 mL にサンプルが水没します。振るし、金属パッドが明らかになるまで、光学顕微鏡を介して全体のプロセスを監視しながら、アセトンを吹き飛ばします。</li>
	</ol></li>
	<li>MoS2- WSe2ヘテロ接合の上にリボン形状パターンをオーバーレイする別の EBL プロセスを実行します。<ol>
<li>MoS2- WSe2ヘテロ接合でターゲットの場所と光学顕微鏡を用いたアライメント マーク間座標の変位を測定し、(AutoCAD) ソフトウェアを使用してこれらの測定に基づいてリボン状のレイアウトをデザインします。</li>
		<li>たとえば PMMA や P015、60 の 2000 rpm でサンプルの上に、スピンコート PR s (室温)。スピン コーティング後 PR がサンプル全体をカバーしていることを確認します。</li>
		<li>100 ° C、90 時 (ソフト焼く) サンプルの熱 PR に溶媒を蒸発させるし、密着性を高めるために s。</li>
		<li>1.7.1 の手順でパターンのレイアウトを特定のファイルに変換 (例: GDS ファイル)、EBL ソフトウェアでそれをアップロードします。</li>
		<li>レイアウトの線の太さに基づいて電子ビームの理想的な投与量を決定します。 注: 線幅 1 μ m よりも狭く、電子ビームの理想的な投与量が 110 μ/cm2。投与量は、1 に 5 μ m 線幅 100 μ/cm2線幅が 5 μ m よりも広い、線量は 80 μ/cm2です。</li>
		<li>サファイア基板のアライメント マークの位置は、レイアウトでの対応を一致するように EBL マシンを設定します。</li>
		<li>電子ビームにサンプルの公開を開始します。</li>
		<li>定在波の影響を低減するためにサンプルに暴露後の能の両面を適用します。90 120 ° C でサンプルを熱 s。</li>
		<li>開発者として 2.38 %tmah を使用します。10 の 200 mL の脱イオン水で、TMAH を洗って、80 s. の TMAH をサンプルに浸す s。</li>
		<li>光学顕微鏡によるパターンはよく発達して、調べてください。</li>
		<li>広報熱 90 110 ° C でサンプルの余分な水分を取り除くためにハード焼くを行う s。</li>
	</ol></li>
	<li>O2プラズマ エッチング (2ndエッチング) を使用して、リボンの形をした横方向ヘテロ接合を定義し、アセトンで PR を削除します。</li>
	<li>Ti/Au の金属電極のパターンをオーバーレイする EBL プロセスを実行します。<ol>
<li>MoS2- WSe2ヘテロ接合でターゲットの場所と光学顕微鏡を用いたアライメント マーク間座標の変位を測定し、(AutoCAD) ソフトウェアを使用してこれらの測定に基づいて金属電極のレイアウトをデザインします。</li>
		<li>たとえば PMMA や P015、60 の 2000 rpm でサンプルの上に、スピンコート PR s (室温)。スピン コーティング後 PR がサンプル全体をカバーしていることを確認します。</li>
		<li>100 ° C、90 時 (ソフト焼く) サンプルの熱 PR に溶媒を蒸発させるし、密着性を高めるために s。</li>
		<li>1.9.1 の手順でパターンのレイアウトを特定のファイルに変換 (例: GDS ファイル)、EBL ソフトウェアでそれをアップロードします。</li>
		<li>レイアウトでは、金属線の太さに基づいて電子ビームの理想的な投与量を決定します。 注: 金属の線幅 1 μ m よりも狭く、電子ビームの理想的な投与量が 110 μ/cm2投与量は、1 に 5 μ m 線幅 100 μ/cm2線幅が 5 μ m よりも広い、線量は 80 μ/cm2です。</li>
		<li>サファイア基板のアライメント マークの位置は、レイアウトでの対応を一致するように EBL マシンを設定します。</li>
		<li>電子ビームにサンプルの公開を開始します。</li>
		<li>定在波の影響を低減するためにサンプルに暴露後の能の両面を適用します。90 120 ° C でサンプルを熱 s。</li>
		<li>開発者として 2.38 %tmah を使用します。10 の 200 mL の脱イオン水で、TMAH を洗って、80 s. の TMAH をサンプルに浸す s。</li>
		<li>光学顕微鏡によるパターンはよく発達して、調べてください。</li>
		<li>広報熱 90 110 ° C でサンプルの余分な水分を取り除くためにハード焼くを行う s。</li>
	</ol></li>
	<li>Ti/Au 金属蒸着を行い、リフトオフ<ol>
<li>100 未満の厚さで電子銃蒸発器を用いて Ti/Au 金属を預金 nm、それ以外の場合、それはリフトオフ法による PR と不要な金属を削除することは困難になります。</li>
		<li>準備し、PR を溶解し、リフトオフを実行するアセトン 100 mL にサンプルが水没します。振るし、金属線と左のパッドだけがあるまで光学顕微鏡を介して全体のプロセスを監視しながら、アセトンを吹き飛ばします。</li>
	</ol></li>
	<li>1.9 で EBL プロセスの実行が、Ti/Au ではなく Pd/Au 電極パターンをオーバーレイします。</li>
	<li>1.10 で金属成膜・ リフトオフ プロセスの実行が、Ti/Au ではなく Pd/Au を入金します。</li>
</ol>2. 2D 背面ゲート トランジスタ作製プロセス
<ol><li>バックゲート付き Si/SiO2基板アライメント マークを準備します。<ol>
<li>自家製や商業の SiO2/Si 基板を準備します。</li>
		<li>フォトリソグラフィ法や EBL パターニング技術を使ってアライメント マークを定義します。</li>
		<li>ターゲット領域の深さの合計 1000 nm に到達するまで SiO2/Si 基板の反応性イオン エッチング (RIE) を実行し、形成されたアライメント マークを明らかにする O2プラズマによる PR を削除します。</li>
		<li>パターンニング技術光リソグラフィを用いた金属パッド配列のパターンをオーバーレイします。</li>
		<li>預金 20 nm/60 nm Ti/Au 電子銃蒸発器を用いています。 メモ: 金は金属パッドの酸化を避けるために使用されます。</li>
		<li>準備し、PR を溶解し、リフトオフを実行するアセトン 100 mL にサンプルが水没します。手ふれや光学顕微鏡による金属パッドが明らかになるまで全体のプロセスを監視しながら、アセトンを吹き飛ばします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>熱い壁炉でサファイア基板上の CVD の MoS2を実行します。<ol>
<li>石英ボートの MoO3粉末 0.6 g 加熱である炉のゾーンの中心。置くサファイア基板下流横に MoO3粉末を含む石英ボート。</li>
		<li>炉の上流側で独立した石英ボートで S パウダーを準備します。反応中に 190 ° c の温度を維持します。</li>
		<li>アルゴンを使用 (Ar = 40 Torr 70 sccm) サファイア基板に 750 ° C にセンター ゾーンを加熱しながら S と MoO3蒸気をもたらすため気流</li>
		<li>750 ° C、15 分間の望ましい成長温度に到達した後加熱ゾーンを維持し、自然室温に炉を冷やします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>バックゲートの SiO2/Si 基板にサファイアから MoS2を転送します。<ol>
<li>30 の 3500 の rpm の回転速度でスピン コート PMMA MoS2フィルムの上に s。</li>
		<li>MoS2/sapphire を焼く PMMA 膜を強化するために 3 分の 120 ° C でサンプル。</li>
		<li>50 mL のアンモニア溶液 (14.5%) に MoS2/Sapphire サンプルを 2 h サファイア基板から MoS2フィルムを分離するに約 30 分間浸漬します。</li>
		<li>映画をピックアップし、SiO2/Si 基板にそれを転送します。</li>
		<li>MoS2と SiO2層の密着性を高めるために MoS2/SiO2/Si サンプルを焼きます。1 時間に約 30 分の 120 ° C でサンプルを加熱します。</li>
		<li>PMMA を 2 時間に約 30 分間アセトン 30 mL で洗浄することにより削除します。</li>
		<li>イソプロピル アルコールをサンプルをすすいで乾燥爆破する窒素を使用します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>EBL を実行します。 注: Si は導電性何とか EBL プロセス中に SiO2/Si 基板上に堆積薄膜の Au はありません。<ol>
<li>ターゲットの場所の座標の変位測定と配置は光学顕微鏡を使用してマークし、デザイン ソフトウェアを使用して金属電極のパターン レイアウト設計これらの測定に基づいています。 注: 金属電極は MoS2サンプルのターゲット ポイントを SiO2/Si 基板の金属パッドに接続します。</li>
		<li>たとえば PMMA や P015、60 の 2000 rpm でサンプルの上に、スピンコート PR s (室温)。PR がサンプル全体をカバーしていることを確認します。</li>
		<li>100 ° C、90 時 (ソフト焼く) サンプルの熱 PR に溶媒を蒸発させるし、密着性を高めるために s。</li>
		<li>2.4.1 の手順でパターンのレイアウトを特定のファイルに変換 (例: GDS ファイル)、EBL ソフトウェアでそれをアップロードします。</li>
		<li>レイアウトでは、金属線の太さに基づいて電子ビームの理想的な投与量を決定します。 注: 金属の線幅 1 μ m よりも狭く、電子ビームの理想的な投与量が 110 μ/cm2投与量は、1 に 5 μ m 線幅 100 μ/cm2線幅が 5 μ m よりも広い、線量は 80 μ/cm2です。</li>
		<li>Si/SiO2基板のアライメント マークの位置は、レイアウトでの対応を一致するように EBL マシンを設定します。</li>
		<li>電子ビームにサンプルの公開を開始します。</li>
		<li>定在波の影響を低減するためにサンプルに暴露後の能の両面を適用します。90 120 ° C でサンプルを熱 s。</li>
		<li>開発者として 2.38 %tmah を使用します。80 米を洗って、10 の脱イオン水の 200 mL の TMAH の TMAH をサンプルに浸す s。</li>
		<li>光学顕微鏡によるパターンはよく発達して、調べてください。</li>
		<li>広報熱 90 110 ° C でサンプルの余分な水分を取り除くためにハード焼くを行う s。</li>
	</ol>
</li>
	<li>Au 金属蒸着を行い、リフトオフ<ol>
<li>Au 金属電子銃蒸発器を用いた 100 未満の厚さを預金 nm、それ以外の場合、それはリフトオフ法による PR と不要な金属を削除することは困難になります。</li>
		<li>準備し、PR を溶解し、リフトオフを実行するアセトン 100 mL にサンプルが水没します。振るし、金属線と左のパッドだけがあるまで光学顕微鏡を介してプロセスを監視しながら、アセトンを吹き飛ばします。</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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この記事でナノメートル スケールでの 2 D の資料に基づいて新しいエレクトロニクスの加工手順の詳細を説明します。各アプリケーションのサンプルの準備手順は、互い違いを持っている、ので、重複プロセスはプロトコルとして扱われました。電子ビーム材料場所決定と組み合わせるし、金属電極の定義は従ってここのプロトコルとして機能します。記載されているデバイスの 2 つのタイプの間でウェット SiO2/Si 基板上に単結晶 MoS2映画を転送して金属のリフトオフで終わるで始まる 2 D の背部ゲート トランジスタのプロセス全体が発表されました。なぜフォーカスが与えられます 2 D に戻ってゲート トランジスタだは改良された 2 D 素材ベース電界効果トランジスタ (Fet) の緊急の必要性。したがって、次の段落でその作製プロセスに関連する重要な点を強調します。
実験のすべての段階でいくつかの難しい点があります。まず、PMMA の除去が続く材料検索の優先順位は、空気に MoS2映画の公開中不利な吸着を避けるために必要です。吸着は、パフォーマンス低下の原因の一つです。したがって、サンプルでは、転送が必要な 30 分を超えることになっている持続時間を焼きます。そうでなければ、映画は映画とターゲット位置にフレークの消失に起因する誘電体の悪い添付のためアセトンで PMMA にディゾルブする場合、剥離しやすい。電子ビームの線量は、パターニングのためのもう一つの重要な要因です。高電子ビーム量は近接効果による電極間間隔が狭いパターンに適していません。一方でその量を減少、理想的なパターンが実現できないことにあります。したがってビームのパラメーターの微調整を行なう必要があります。基本的には、薄い金属は容易にリフトオフ用が望ましいとの理想的な厚さアプリケーションと、レジストの膜厚に依存します。このプロジェクトで 2 D のトランジスタの金属厚さ 100 以下 nm は許容されます。
メソッドの 1 つの制限は、手動操作が必要、研究の目的に適したのみです。これらの材料のウエハ スケール合成手法が発達になると、伝統的な半導体技術がこのアプローチを引き継ぐことができます。また、光イメージング技術と材料の場所を決定する際に走査型電子顕微鏡 (SEM) を使用して別の方法を選択するときより高い解像度と材料の品質を得ること間のトレードオフが存在しています。このプロトコルで使われる光学的イメージング法は、SEM より正確ですが、材料の損傷を引き起こすことができるポジションを探すマイクロメータ スケール精度を提供します。したがって、光イメージング技術を使用してプロトコルの提案としてずば抜けて最も好都合です。
最高を求めて研究の年から新素材を開発する方法は不可欠である、実践的な実験と研究室スコープ製造はまだ重要な位置を占めています。確かに、このメソッドは機能 2 D 素材のみならず、1 D と未知の材料も今後、ナノスケールエレクトロニクス ・ デバイスの可能性を広げます。

以来過去数十年、人類発生しています高速トランジスタと、その結果、集積回路 (Ic) のトランジスタ数の急激な増加のサイズのスケール。これはシリコン ベース相補型金属酸化物半導体 (CMOS) 技術1の連続的な進行状況を維持します。また、サイズと作製したデバイスのパフォーマンスのこの現在の傾向は、まだトラック上のパフォーマンスと同様に、電子チップの中のトランジスタの数が約 2 年間2を 2 倍を示すムーアの法則です。CMOS トランジスタのほとんどは、ほぼすべての市場となり、人間の生活の不可欠な部分で利用可能な電子デバイスはあります。このため、次のムーアの法則のトラック メーカーがプッシュされているチップのサイズとパフォーマンスの改善の継続的な需要があります。
残念なことに、ムーアの法則は、小さなエリア2に多くのシリコン回路を圧迫、発生する熱の量のために終わりに近づいていることに表示されます。これで、同じを提供することができます材料の新しいタイプいない場合より、シリコンとしてと同時に、パフォーマンスは比較的小規模で実装できます。最近、新しい有望な材料多くの材料科学研究の対象となっています。一次元 (1 D) 炭素ナノチューブ3,4,5,6、7、2 D グラフェン8,9,10,などの素材11,12、および遷移金属ダイカルコゲナイド (Tmd)13,14,15,16,17,18, として使用することができます良い候補であります。シリコン ベース CMOS の代わりにし、ムーアの法則のトラックを続行します。
小型デバイスの作製には、注意に正常に進むリソグラフィと金属電極の定義など他の加工法による材料の場所が必要です。だから、本稿で紹介した方法は、この必要性に対処するために設計されました。伝統的な半導体作製技術19と比較して、本稿で紹介した方法は材料の場所を見つけるの面でより多くの注意を必要とする小型デバイスの開発に合わせて装着。このメソッドの目的は、確実に 2D 背面ゲート トランジスタなど Q Hbt、標準的なプロセスを使用して、2次元ナノマテリアル デバイスを作製することです。これは将来の高度なナノスケール デバイスの生産に向けて道として将来のナノデバイスの開発のためのプラットフォームとして使用できます。
進むセクションでは、2 D 材料ベースのデバイス、すなわち、Q HBT と 2D 背面ゲート トランジスタの作製プロセスの詳細について説明します。電子ビーム材料場所決定と組み合わせるし、金属電極定義プロトコルを構成は、上記の両方のプロセスのために必要なので。パート 1 は、Q Hbt20; ステップバイ ステップ作製プロセスをについて説明しますパート 2 がリフトオフ21日の記事で完全に示されている転送から化学気相成長法 (CVD) 二硫化モリブデン (MoS2) トランジスタのバックゲートを取得する普遍的な方法を示します。(図 1) に詳細なプロセスの流れを示します。

<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

2 次元 (2 D) 材料は、彼らのユニークな特性と潜在的なアプリケーションのための巨大な注目を集めています。2 D マテリアルのウエハ スケール合成はまだ初期の段階では、科学者は伝統的な半導体技術関連の研究に頼る完全にできません。電極の定義に資料の検索から繊細なプロセスも制御する必要があります。この記事で普遍的製造プロトコルはトランジスタ (Q HBT)、および 2D 背面ゲート トランジスタを示したナノスケールエレクトロニクス ・ デバイスと、2次元準-ヘテロ接合バイポーラなどの製造に必要な。このプロトコルには、材料の位置、電子線描画装置 (EBL)、金属電極の定義の決定が含まれているら。また、これらのデバイスの作製手順のステップ バイ ステップの物語を提示します。さらに、結果は、再現性の高い高性能を達成、作製したデバイスの各表示します。この作品は 2D ナノエレクトロニクスを準備するためのプロセス フローの包括的な説明を明らかに、この情報にアクセスし、将来のエレクトロニクスに向けた道を開く研究グループができます。

デバイスの製造プロセスは、2 D 材料デバイスの開発を含む対応する著者の研究のいくつかに適用されています。この部分でこれらの研究のいくつかの結果は、上記で説明したプロトコルの有効性を示すため掲載されています。横の WSe2単分子膜-MoS2 Q HBT20の最初の例として選択されています。プロトコルの詳細な標準デバイス製造プロセスを使用して、単層横 WSe2-MoS2ヘテロ接合 (図 2 a) 栽培を進め、Q HBT の形成によって。金属接点は、Q HBT を完了する横方向ヘテロ接合の上に堆積しました。Ti/Au は、WSe2層 (図 2 d) の上に Pd/Au の堆積が続く MoS2層 (図 2 c) の上に堆積しました。いくつか横 Q HBT は開発された (図 2 dと2 e) に示されている n p n p 横方向ヘテロ接合を持つものなど。Q HBT デバイスの機能がその出力などその特性曲線に見ることによって確認された (cVCE) 曲線共通エミッタ構成 (図 2 f)。図 2 階横 n p Q HBT 作品 2 つの動作モード - 飽和モードとアクティブ モード - 証明する確かに、作製プロセスを使用して構築された Q HBT トランジスタとして機能することを示しています。
プロセスも MoS2 piezotronic ひずみ/力センサー21アプリケーションの 2D 背面ゲート デバイスをビルドする使用されました。MoS2の高品質三角形単分子膜は、サファイア基板の CVD を用いた、Si/SiO2基質にそれから移る最初合成しました。Piezotronic デバイスに MoS2映画を作るプロセスの残りの部分は、プロトコルのセクションで説明します。図 3 aは、三角形 MoS2分子から成る完成した装置の原子間力顕微鏡 (AFM) 画像を示し、複数のソース/ドレイン (S ・ D) Au 電極。圧電分極の方向を研究するには、三角形のまわりの複数の接触電極が意図的に設計されていた。図 3 bは、piezotronic センサー デバイスとその圧電効果をテストする AFM 探による機械的負荷の適用方法を示すセットアップの模式図を示します。応用力と逆のすべての増加の減少その S-D 電極対のいずれかを介してセンサー デバイスの電流ピエゾ センサーの予想される動作である図 3 cショーの結果。さらに、図の 3 d データは応用力・ひずみの繰り返しアプリケーションはほとんど出力電流または応答を変更以来、開発のセンサーが安定していることを意味します。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57885/57885fig1.jpg"> 図 1。2 D の電子デバイスの概略処理フローします。青色の矢印は、Q HBT と 2D 背面ゲート トランジスタのブラウンの作製プロセス フローを表します。Inset: (a)サファイア基板上の 2 D の素材でコーティングされた PMMA;(b)試料加熱; アンモニア溶液に浸漬しながら(c)金属成膜・ リフトオフ プロセス後 2 D 素材の模式図。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57885/57885fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57885/57885fig2.jpg"> 図 2。二次元横 Q-HBT。(a).原子間力顕微鏡の位相画像。相図は、WSe2と MoS2の明確なコントラストを示しています。(b) です。 n 型物質が MoS2と p 型材料を横方向ヘテロ構造リボンの光学顕微鏡写真は、WSe2です。(c). MoS2横方向ヘテロ構造のリボンの上に堆積した金属 Ti/Au の光学顕微鏡。このイメージが (d) と同様に同じ規模であることに注意してください。(d) n−p−n−p 横方向ヘテロ接合を示す、横の Q HBT の光学顕微鏡。黒破線のボックスは、横方向ヘテロ構造リボンの位置をマークします。(e)。 2 D の Q HBT の概略プロット。黄色いリボンは、MoS2単分子膜と赤いリボンが WSe2単分子膜。Ti/Au 金属層は、WSe2Pd/Au 連絡先ながら MoS2入金する設計されています。(f)。 VBE値が異なる横 n−p−n Q HBT の出力特性。ら、b. m. ブラシュケから許可を得て転載。10.<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57885/57885fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57885/57885fig3.jpg"> 図 3。MoS2単分子膜のデバイス。 a.Mos2単分子膜の AFM 像。(b).その圧電効果をテストする AFM 探による機械的負荷の適用方法を示す mos2の模式図。(c). - Vb特性上で示された場所に力を適用するときの圧縮ひずみ作用下で異なる応用力で mos2のはめ込み下模式的に示すように、圧縮ひずみの結果インセットします。(d) Lan、W. 豊、らの許可を得て転載対 1 の固定バイアスで繰り返し圧縮限界ひずみで CVD 膜 MoS2デバイスの現在の応答。8.<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57885/57885fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

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A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

記事は、将来低次元ナノエレクトロニクス研究開発の標準的な信頼性の高い施工を導入を目指します。

二次元ナノエレクトロニクスを作製する標準および信頼性の高いメソッド

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

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K ビュー.  National Taiwan Normal University. 記事は、将来低次元ナノエレクトロニクス研究開発の標準的な信頼性の高い施工を導入を目指します。

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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.

Nanoskivingによるナノギャップを作製

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

化学

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.

3Dで切断された銀ナノ構造体を製造する方法

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

工学

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.

機能材料のNanomoulding、ナノインプリントへ多目的相補パターンレプリケーション方法

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.

ゲート定義のGaAs / AlGaAs系横量子ドットのナノファブリケーション

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.

シリコン直接ウェハー接合による均一ナノスケールキャビティの作製

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.

単電子揚水用のシリコン金属酸化膜半導体量子ドット

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.

アトミックトレーサブルナノ構造作製

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.

半導体技術との互換性低温カーボンナノチューブ垂直相互接続の作製

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.

テラヘルツメタマテリアルにおける変位電流仲介共鳴のためのナノピラーベースのスプリットリング共振器の作製

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.

音響ナノ流体工学のための表面音響波作動を組み込んだナノ高さチャネルの作製

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