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. Caracterização Estrutural de Mose 2 Crystals Layer (Consulte a Etapa 1 na Figura 1) <ol><li> DRX Procedimento de Medição <ol><li> Montar um cristal mose camada 2 (com o intervalo de tamanho de 5 x 5 x 0,1-10 x 10 x 0,5 mm 3) ou pó de cristal (que foi misturado com o pó de quartzo e aglutinante e foi manchada sobre a lâmina de vidro) sobre o suporte. </li><li> Pressionar o suporte por uma lâmina de vidro para assegurar a camada de cristal superfície paralela à superfície de suporte. </li><li> Coloque o suporte de amostras para o difratômetro. </li><li> Feche as portas do difratômetro. </li><li> Calibrar linha do feixe de acordo com as instruções do fabricante. </li><li> Parâmetros de medição de entrada, como o 2 faixa de varredura (10-80 °), o incremento (0,004 °), e o tempo de permanência (0,1 seg). </li><li> Inicie o programa DIFFRAC.Measurement Center no computador conectado à difratômetro e, em seguida, salvar os dados e nome do arquivo de dados de acordo com a proto do fabricantecol. </li><li> Analisar o padrão de DRX, identificando as posições dos picos de difração usando o software e, em seguida, comparar com os dados padrão do banco de dados do cartão JCPDS para confirmar a única qualidade fora do plano de orientação e single-cristalina das Mose 2 cristais camada 32,33 . </li></ol></li><li> Micro-Raman Procedimento de Medição <ol><li> Realize a calibração do equipamento Raman usando uma pastilha de silício que a amostra padrão. A medição da bolacha de silício é o mesmo que o procedimento descrito a seguir para o interesse mose 2 camada de cristal. </li><li> Montar um cristal camada Mose 2 no vidro do slide. </li><li> Coloque o vidro slide no suporte de microscópio óptico e foco superfície da amostra com uma fonte de luz branca. </li><li> Mudar a fonte de luz de uma luz branca para um feixe de laser (comprimento de onda a 514 nm). </li><li> Parâmetros de medição de entrada, como a faixa de varredura número de onda (150-500 cm-1), o INTEGRção do tempo (10 segundos), e o número de vezes de verificação (10-30 vezes). </li><li> Inicie o programa no computador acoplado a espectrômetro Raman o e depois salvar os dados e nome do arquivo de dados de acordo com o protocolo do fabricante. </li><li> Analisar o espectro de Raman, identificando suas larguras e posições usando o software de pico e, em seguida, comparar com dados padrão a partir de referências para confirmar o tipo de estrutura cristalina e qualidade dos Mose 2 cristais da camada de 34,35. </li></ol></li></ol> 2. Fabricação de Mose 2 Camada Devices nanocristais <ol><li> A esfoliação mecânica de cristais Camada <ol><li> Pinças limpas com acetona e álcool. </li><li> Escolha os Mose 2 cristais de camada (4 a 8 peças) com uma superfície brilhante (ou seja, espelho-como a cara de cristal) e um tamanho de área maior do que 0,5 x 0,5 mm2 com a pinça e colocá-los na fita para corte com um tamanho da área 20 x 60 mm 2.</li><li> Dobre a fita ao meio para esfoliar a camada de cristal e repetir a ação cerca de vinte vezes. Normalmente, os cristais da camada pode ser desmontado em muitos cristais de tamanho micrométrico de largura (ver Passo 2 na Figura 1). </li><li> Coloque a fita em cubos com o pó camada de nanocristais na câmara de SEM para observar os tamanhos e morfologias destes despojado Mose 2 camada microcrystal. Se as distribuições de largura da camada de nanocristais estão no 1-20 pm, o pó de nanocristais pode cumprir os critérios para a fabricação de dispositivos. </li></ol></li><li> Dispersão dos Nanocrystals camada sobre o modelo de dispositivo <ol><li> Colocar a fita para corte com a camada de pó de nanocristais de cabeça para baixo sobre o dispositivo de molde. O molde é SiO2 (300 nm) com o substrato de silício -Revestido dezasseis Ti pré-modelado (30 nm) / Au (90 nm) na superfície de eléctrodos de SiO 2 (ver Passo 4 na Figura 1). O tamanho do modelo de área é de 5 x 5 mm <sup&gt; 2. </li><li> Toque na fita para corte levemente para fazer algumas nanocristais (cerca de 10 a 100 peças) se enquadram no modelo. </li><li> Verifique o número e densidade condição dispersão do nanocristais no modelo por microscópio óptico ou, por vezes, SEM se os nanocristais dispersas não pode ser observado por microscópio óptico. Normalmente 2 a 5 peças de nanocristais (tamanho área maior do que 2 x 2 mm 2) dispersos na praça central (com área de 80 x 80 mm 2) do modelo, sem se sobrepor uns aos outros são as melhores condições para o processamento seguinte FIB . </li></ol></li><li> Fabricação Eletrodo pela FIB <ol><li> Mount templates no suporte da FIB utilizando a realização de fita de folha de cobre. Tipicamente, a área de realização da fita de 3 x 2,4 cm 2 foi necessária para a montagem de 6-8 modelos. </li><li> Coloque o suporte na câmara FIB. </li><li> Evacuar a câmara com o grau de vácuo até 10 -5 mbar clicando no botão&quot;Bomba&quot;. </li><li> Ajustar a corrente de feixe de electrões (41 Pa) e a tensão de aceleração (10 kV) para o modo de SEM. </li><li> Ajustar a corrente de feixe de iões (0,1 nA) e tensão de aceleração (30 kV) para o modo de FIB. </li><li> Aqueça o sistema de feixe de íons e-injeção do sistema de gás (GIS) clicando no botão &quot;viga em&quot; eo botão &quot;Cold&quot; no bloco &quot;Injeção de Gás&quot;, respectivamente. </li><li> Ligue o feixe de elétrons, clicando no botão &quot;Feixe On&quot; e focalizar a imagem a um pequeno aumento de 100X. </li><li> Defina a distância z-axial de trabalho (WD) a 10 mm para o modo de SEM. </li><li> Defina a ampliação em 5,000X e se concentrar. </li><li> Defina o ângulo de inclinação do titular a 52 graus, clicando no botão &quot;Navegação&quot; e insira o ângulo de inclinação &quot;52&quot;. </li><li> Seleccionar uma camada de nanocristais mose 2 com uma certa espessura (que varia de 5 a 3.000 nm) e uma forma rectangular e quadrada para o eléctrodo Fabricação. </li><li> Tome as imagens SEM em diferentes ampliações de 1000X (10.000 vezes) do material como novo alvo antes de fabricação eletrodo clicando no botão &quot;Snapshot&quot;. </li><li> Alternar para o modo de FIB e tomar uma imagem FIB pelo modo instantâneo para reduzir o tempo de exposição do material alvo sob bombardeio feixe de íons. </li><li> Definir área de deposição do eletrodo, selecione o modo &quot;deposição de Pt&quot;, e entrada a espessura (0,2-1,0 mm) valor do eletrodo Pt depositado. </li><li> Introduzir o capilar de GIS para a câmara, clicando na caixa &quot;Pt dep&quot; no bloco &quot;Injeção de Gás&quot;. </li><li> Aqui uma imagem pelo modo instantâneo novamente e modificar a posição dos eléctrodos, se o padrão definido originalmente desloca ligeiramente. </li><li> Ligue a deposição FIB clicando no botão &quot;Iniciar Patterning&quot;. </li><li> Após a deposição, desenhe o capilar de GIS volta por unclicking a caixa &quot;Pt dep &quot;no&quot; bloco de injecção de gás &quot;. </li><li> Alternar para o modo SEM e verificar o resultado dos eletrodos de platina depositada sobre a camada de nanocristais. </li><li> Tome as imagens SEM em diferentes ampliações dos dispositivos completados com dois ou quatro eletrodos (veja o Passo 3 na Figura 1). </li><li> Defina o ângulo de inclinação do retorno titular a 0 graus, clicando no botão &quot;Navegação&quot; e insira o ângulo de inclinação &quot;0&quot;. </li><li> Tome as imagens de alta visto SEM em diferentes ampliações para as estimativas da largura material de eletrodo e inter-distância, clicando no botão &quot;Snapshot&quot;. </li><li> Desligue os sistemas de feixe por feixe de elétrons e de íons e arrefecer sistema GIS, clicando no botão &quot;Feixe Off&quot; eo botão &quot;Warm&quot; no bloco &quot;Injeção de Gás&quot;, respectivamente. </li><li> Ventilar a câmara através da introdução de gás nitrogênio, clicando nos botões &quot;desabafar&quot; e, em seguida, tomar o titularfora da câmara. Ele normalmente leva de 5 a 10 minutos para concluir o processo de ventilação. </li><li> Feche a porta da câmara e evacuar a câmara. </li></ol></li></ol> 3. caracterizações do Mose 2 Camada Devices nanocristais <ol><li> Medição da espessura de camada por nanocristais AFM <ol><li> Instale o cantilever AFM para o titular da sonda. </li><li> Ligue programa AFM e selecionar o modo &quot;ScanAsyst&quot;. </li><li> Coloque o porta-sonda e conectá-lo com o diodo laser cabeça de estação de AFM. </li><li> Realizar a calibração para alinhar a posição do feixe de laser incidente e o braço de suporte de acordo com o protocolo do fabricante. </li><li> Monte a amostra (o chip modelo com dispositivos de nanocristais camada pré-fabricadas das FIB) no suporte de amostras de fita de folha de Cu. </li><li> Carregar o suporte de amostras para a estação de AFM. </li><li> Mover o suporte de amostra para a posição de, aproximadamente, por baixo do feixe de laser ou AFM cantilever. </li><li> Mais abaixo AFM cantilever para a posição do foco, concentrando-se a imagem do microscópio óptico da nanocristais camada. </li><li> Entrada de parâmetros de rastreamento, tais como a área de digitalização (6 x 30/06 x 30 mm 2), a frequência (0,5-1,5 Hz), ea resolução (256-512 linhas). </li><li> Inicie o programa e salvar dados de acordo com o protocolo do fabricante. </li><li> Elevar o cantilever AFM e tirar o suporte de amostras para fora. </li><li> Coloque a segunda amostra e repita o procedimento de medição descrito acima, se necessário. </li><li> Estimar a espessura da camada de nanocristais através da análise da imagem e altura do perfil AFM utilizando o software &quot;Análise Nanoscope&quot;. Seleccionar um perfil lateral, altura a partir da imagem AFM e determinação do valor médio da espessura da área de achatar o perfil. (Veja Figura 2d e 2e) </li></ol></li><li> Corrente versus tensão (IV) mensuração dos nanocristais camada <ol><li> Mountda amostra (o chip modelo com dispositivos de nanocristais camada pré-fabricadas das FIB) sobre o substrato de mica por fita de folha de Cu. </li><li> Ligar os fios esmaltados ou fios de Cu sobre os eletrodos do chip por Ag colar. (Consulte a Etapa 4 na Figura 1). </li><li> Coloque a amostra completa na câmara de estação de sonda e corrigi-lo no suporte de amostras de fita de folha de Cu. A estação de sonda criogênica foi localizado em ambiente escuro. (Veja o passo 5 na Figura 1). </li><li> Soldar os fios eléctricos da amostra e os eléctrodos de metal das sondas, um por um. </li><li> Tampe o topo da câmara e evacuar a câmara até 10 -4 mbar. Arrefecer a amostra para 77 K através da introdução de nitrogênio líquido para a estação de sonda. Definir o intervalo de temperatura (geralmente a partir de 80 para 320 K), o intervalo, o tempo de paragem e para o controlo da temperatura. (Necessário só para a medição dependente da temperatura). </li><li> Defina o intervalo de varredura tensão aplicada (tipicamente de -1 a 1 V), inte tensãorval (0,01 V), e a corrente máxima limitada (10 ou 100 uA) em um electrómetro multifuncional ultra-alta impedância para a medição de dois terminais IV. Para a medição de quatro terminais, defina o intervalo de varredura corrente aplicada (tipicamente de -100 a 100 mA) e intervalo atual (1 mA). </li><li> Inicie o programa e salvar os dados IV à temperatura ambiente ou a temperaturas diferentes. </li><li> Abra a tampa da câmara, se necessário e tomar a amostra para fora da câmara. </li><li> Carregar a segunda amostra, se necessário e repetir o procedimento acima descrito. </li><li> Analisar a curva IV plotando a corrente medida versus os dados de tensão aplicadas usando o software. Ajustar a curva IV seleccionando a função Fitting Linear. Verificar a linearidade da curva IV e obter o valor da inclinação (isto é, valor de condutância). (Veja o passo 6 na Figura 1). </li><li> Repita o passo 3.2.10 para as curvas IV medido a diferentes temperaturas em caso de necessidade. </li><li> Calcular o valor de condutividade (σ) de acordo com a equação σ = L (t / TW), adoptando os parâmetros obtidos por IV, SEM, e medidas de AFM incluindo condutância (G), a espessura (T), a largura (w) e comprimento ( l) do nanocristais camada. </li><li> Traçar as curvas da condutância e condutividade valores contra espessura da camada de nanocristais. </li></ol></li></ol>

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<li>Tonndorf, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoluminescence+emission+and+Raman+response+of+monolayer+MoS2%2C+MoSe2%2C+and+WSe2%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Preparation+and+characterization+of+large+niobium-doped+MoSe2+single+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Crystal+Growth%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Effect+of+Re+dopant+on+the+electrical+and+optical+properties+of+MoSe2+single+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Alloys+Compounds%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Growth+and+characterization+of+large%2C+high+quality+MoSe2+single+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Crystal+Growth%22%5BJournal%5D)">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.

A determinação exacta do valor σ e a sua dimensão na dependência dos nanocristais camada é altamente dependente da qualidade dos contactos eléctricos. O método utilizado para a deposição de FIB deposição eléctrodo metálico desempenhado um papel crucial durante todo o estudo. De acordo com eléctrico, estrutural, e análise da composição, a fabricação de contactos óhmicos estáveis ​​e altamente reprodutível, utilizando o método de deposição de FIB, em mose 2 ou MoS 2</...

Dichalcogenides de metais de transição (DTM), tais como MoS 2, mose 2, WS 2, e WsE 2, tem um bidimensional (2D) e a estrutura da camada interessante propriedades semicondutoras 1-3. Os cientistas descobriram recentemente que a estrutura em monocamada de MoS 2 mostra uma eficiência emissora de luz substancialmente aumentada por causa do efeito de confinamento quântico. A descoberta do novo material semicondutor de bandgap direta tem atraído a atenção substancial 4-7. Além disso, a estrutura da camada facilmente descascada do DTM é uma plataforma excelente para o estudo das propriedades fundamentais dos materiais 2D. Ao contrário grafeno metálico sem a banda proibida, DTM têm características inerentes semicondutores e tem uma banda proibida na gama de 1-2 eV 1,3,8. As estruturas 2D dos compostos ternários de DTM 9 e a possibilidade de a integração destes compostos com grafeno fornecer um OPP sem precedentesortunity para desenvolver dispositivos electrónicos ultrafinos e flexíveis. Ao contrário de grafeno, os valores de mobilidade temperatura ambiente de elétrons de 2D DTMs estão em um nível moderado (1-200 cm 2 V - 1 seg - 1 para a MoS fevereiro 10-17; aproximadamente 50 cm 2 V - 1 seg - 1 para Mose 2 18 ). Os valores óptimos de mobilidade grafeno têm sido referidos como sendo superior a 10.000 cm 2 V - 1 s -. 1 19-21 No entanto, as monocamadas DTM semicondutores exibem excelente desempenho do dispositivo. Por exemplo, os MoS 2 e Mose 2 monocamadas ou multicamadas transistores de efeito de campo exposição extremamente elevados rácios de ligar / desligar, até 10 6 -10 9 10,12,17,18,22. Portanto, é crucial para compreender as propriedades eléctricas fundamentais da DTM 2D eomateriais a granel ir. No entanto, os estudos sobre as propriedades eléctricas dos materiais da camada tenham sido parcialmente prejudicada por causa da dificuldade de formar um bom contacto óhmico nos cristais da camada. Deposição de três abordagens, a deposição de máscara de sombra (SMD) 23, litografia por feixe de elétrons (EBL) 24,25, e focou-ion beam (FIB), 26,27 têm sido utilizados para formar contatos elétricos em nanomateriais. Porque SMD tipicamente envolve a utilização de uma grelha de cobre como a máscara, o espaçamento entre os dois eléctrodos de contacto é essencialmente maior do que 10 um. Ao contrário EBL e deposição FIB, a deposição de metal de matrizes de eletrodos sobre um substrato é realizada sem segmentação ou selecionando nanomateriais de interesse no método de SMD. Esta abordagem não pode garantir que os padrões de metais são correctamente depositadas sobre nanomateriais individuais como os eletrodos. O resultado do método de SMD tem um elemento de sorte. Os métodos de deposição EBL FIB e são usados ​​namicroscopia eletrônica de varredura de sistema (SEM); nanomateriais podem ser diretamente observados e selecionados para deposição do eletrodo. Além disso, EBL pode ser facilmente utilizado para o fabrico de eléctrodos de metal com uma largura de linha e um eléctrodo de contacto espaçamento menor do que 100 nm. No entanto, a resistir residual na superfície nanomaterial deixado durante litografia inevitavelmente resulta na formação de uma camada isoladora entre o eléctrodo de metal e nanomaterial. Assim, EBL leva a alta resistência de contato. A principal vantagem de fabricação eletrodo através da deposição FIB é que ele leva a baixa resistência de contato. Porque a deposição de metal é realizada pela decomposição de um precursor organometálico, utilizando um feixe de iões na zona definida, de deposição de metal e bombardeamento iónico ocorrer simultaneamente. Isto poderia destruir a interface metal-semicondutor e prevenir a formação de contacto Schottky. Bombardeamento de iões também podem eliminar contaminantes da superfície, tais como Hydrocarbons e os óxidos nativos, o que diminui a resistência de contato. Fabricação Conexão condutora através da deposição FIB foi demonstrada durante diferentes nanomateriais 27-29. Além disso, o processo de fabricação de todo na abordagem deposição FIB é mais simples do que no EBL. Como mostram tipicamente semicondutores camada de condução eléctrica altamente anisotrópica, a condutividade na direcção camada-a-camada é várias ordens de grandeza mais baixa do que na direcção no plano 30,31. Esta característica aumenta a dificuldade de fabrico de contactos óhmicos e a determinação da condutividade eléctrica. Portanto, neste estudo, a deposição de FIB foi utilizado para estudar as propriedades eléctricas de nanoestruturas camada de semicondutor.

<table><tbody><tr><td>HRTEM&amp;amp;SEAD</td><td>FEI (http://www.fei.com/products/tem/tecnai-g2/?ind=MS)</td><td>Tecnai&amp;trade; G2 F-20</td><td></td></tr><tr><td>SEM&amp;amp;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&amp;amp;&amp;amp;Nr=AND%28hrcy_id%3A8CQ27CX0WMgs_F2LMWMM6M6_N2RL3FHWVK_GPD0K8BC31gv%29&amp;amp;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

Semicondutores camada com estruturas (2D) facilmente transformados bidimensionais exibem transições bandgap indireta-to-direta e desempenho do transistor superiores, o que sugere uma nova direção para o desenvolvimento da próxima geração de ultrafinos e dispositivos fotônicos e eletrônicos flexíveis. Luminescência melhorada eficiência quântica tem sido amplamente observado nestes cristais 2D atomicamente finas. No entanto, não são esperados efeitos dimensão além espessuras de confinamento quântico ou mesmo na escala micrométrica e raramente têm sido observados. Neste estudo, disseleneto de molibdénio (mose 2) camada de cristais com uma gama de espessura de 6-2,700 nm foram fabricados como dispositivos de duas ou de quatro terminais. Formação Conexão condutora foi alcançado com êxito, pelo método de deposição de feixe focalizado-ion (FIB) utilizando platina (Pt) como um metal contato. Cristais camada com várias espessuras foram preparados através de simples esfoliação mecânica usando fita para corte. Measuremen curva corrente-tensãoTS foram realizados para determinar o valor da condutividade dos nanocristais camada. Além disso, microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução,-área selecionada difração de elétrons, e espectroscopia de raios-X de energia dispersiva foram usadas para caracterizar a relação do contato de metal semicondutor dos Mose 2 dispositivos fabricados-FIB. Depois de aplicar as abordagens, a condutividade eléctrica substancial dependente da espessura numa gama ampla de espessura para o mose 2 -layer semicondutor foi observada. A condutividade aumentou em mais de duas ordens de grandeza de 4,6 a 1.500 Ω - 1 cm - 1, com uma diminuição da espessura de 2,700 a 6 nm. Além disso, a condutividade em função da temperatura indicaram que os mose finos multicamadas 2 exibiu um comportamento semicondutor consideravelmente fraco com energias de activação de 3,5-8,5 MeV, que são consideravelmente menores do que aqueles (36-38 MeV) da massa. Probapropriedades de transporte ble dominante da superfície e a presença de uma concentração elevada de electrões na superfície mose 2 são propostas. Resultados semelhantes podem ser obtidos por outros materiais de camada de semicondutores, tais como MoS 2 e WS 2.

Os valores determinados do condutância eléctrica (G) e condutividade (σ) de nanomateriais camadas com diferentes espessuras são altamente dependente da qualidade dos contactos eléctricos. Os contactos óhmicos do mose de dois terminais FIB-deposição fabricada-2 são caracterizadas por dispositivos de medição da corrente-tensão (I - V) curva. A temperatura da sala I - curvas V para os Mose 2 dispositivos nanoflake de dois terminais com espessura...

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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.

Ohmic Contato Fabrication usando uma técnica Focused-ion Beam e caracterização elétrica para camada semicondutora Nanoestruturas

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

12.3K visualizações.  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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Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Engenharia

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.

Escrita e Caracterização baixa temperatura de óxido de Nanoestruturas

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

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.

Silicon Metal-Óxido-semiconductor Quantum Dots para bombear-elétron único

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 rastreável Fabrication Nanostructure

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

Use of Sacrificial Nanoparticles to Remove the Effects of Shot-noise in Contact Holes Fabricated by E-beam Lithography

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has been attributed to statistical fluctuations in the number of photons/electrons arriving at a given nano-region arising from shot-noise (SN). The SN varies inversely to the square root of a number of photons/electrons. For a fixed dosage, the SN is larger in EUV and E-beam lithographies than for traditional (193 nm) optical lithography. Bottom-up and top-down patterning approaches are combined to minimize the effects of shot noise in nano-hole patterning. Specifically, an amino-silane surfactant self-assembles on a silicon wafer that is subsequently spin-coated with a 100 nm film of a PMMA-based E-beam photoresist. Exposure to the E-beam and the subsequent development uncover the underlying surfactant film at the bottoms of the holes. Dipping the wafer in a suspension of negatively charged, citrate-capped, 20 nm gold nanoparticles (GNP) deposits one particle per hole. The exposed positively charged surfactant film in the hole electrostatically funnels the negatively charged nanoparticle to the center of an exposed hole, which permanently fixes the positional registry. Next, by heating near the glass transition temperature of the photoresist polymer, the photoresist film reflows and engulfs the nanoparticles. This process erases the holes affected by SN but leaves the deposited GNPs locked in place by strong electrostatic binding. Treatment with oxygen plasma exposes the GNPs by etching a thin layer of the photoresist. Wet-etching the exposed GNPs with a solution of I2/KI yields uniform holes located at the center of indentations patterned by E-beam lithography. The experiments presented show that the approach reduces the variation in the size of the holes caused by SN from 35% to below 10%. The method extends the patterning limits of transistor contact holes to below 20 nm.

Uniformly sized nanoparticles can remove fluctuations in contact hole dimensions patterned in poly(methyl methacrylate) (PMMA) photoresist films by electron beam (E-beam) lithography. The process involves electrostatic funneling to center and deposit nanoparticles in contact holes, followed by photoresist reflow and plasma- and wet-etching steps.

Uso de sacrificiais nanopartículas para eliminar os efeitos do Plano de ruído em contato Buracos fabricada por E-beam litografia

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has ...

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and forging. Adoption of this technique is proceeding despite disagreement concerning the underlying mechanism responsible for EAD. The experimental procedure described herein enables a more explicit study compared to previous EAD research by removing thermal effects, which are responsible for disagreement in interpreting previous EAD results. Furthermore, as the procedure described here enables EAD observation in situ and in real time in a transmission electron microscope (TEM), it is superior to existing post-mortem methods that observe EAD effects post-test. Test samples consist of a single crystal copper (SCC) foil having a free-standing tensile test section of nanoscale thickness, fabricated using a combination of laser and ion beam milling. The SCC is mounted to an etched silicon base that provides mechanical support and electrical isolation while serving as a heat sink. Using this geometry, even at high current density (~3,500 A/mm2), the test section experiences a negligible temperature increase (&#60;0.02 &#176;C), thus eliminating Joule heating effects. Monitoring material deformation and identifying the corresponding changes to microstructures, e.g. dislocations, are accomplished by acquiring and analyzing a series of TEM images. Our sample preparation and in situ experiment procedures are robust and versatile as they can be readily utilized to test materials with different microstructures, e.g., single and polycrystalline copper.

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Isolating electrical and thermal effects on electrically assisted deformation (EAD) is very difficult using macroscopic samples. Metallic sample micro- and nanostructures together with a custom test procedure have been developed to evaluate the impact of applied current on the formation without joule heating and evolution of dislocations on these samples.

Um novo método para<em&gt; In Situ</em&gt; Caracterização eletromecânica de amostras de nanoescala

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

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.

Fabricação de feixe de íon focalizado de estado sólido baseados em LiPON de lítio-íon Nanobatteries para In Situ testes

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

In Situ Transmission Electron Microscopy with Biasing and Fabrication of Asymmetric Crossbars Based on Mixed-Phased a-VOx

Resistive switching crossbar architecture is highly desired in the field of digital memories due to low cost and high-density benefits. Different materials show variability in resistive switching properties due to the intrinsic nature of the material used, leading to discrepancies in the field because of underlying operation mechanisms. This highlights a need for a reliable technique to understand mechanisms using nanostructural observations. This protocol explains a detailed process and methodology of in&#160;situ nanostructural analysis as a result of electrical biasing using transmission electron microscopy (TEM). It provides visual and reliable evidence of underlying nanostructural changes in real time memory operations. Also included is the methodology of fabrication and electrical characterizations for asymmetric crossbar structures incorporating amorphous vanadium oxide. The protocol explained here for vanadium oxide films can be easily extended to any other materials in a metal-dielectric-metal sandwiched structure. Resistive switching crossbars are predicted to serve the programmable logic and neuromorphic circuits for next-generation memory devices, given the understanding of the operation mechanisms. This protocol reveals the switching mechanism in a reliable, timely, and cost-effective way in any type of resistive switching materials, and thereby predicts the device&#39;s applicability.

In Situ Transmission Electron Microscopy with Biasing and Fabrication of Asymmetric Crossbars Based on Mixed-Phased a-VOx

Presented here is a protocol for analyzing nanostructural changes during in&#160;situ biasing with transmission electron microscopy (TEM) for a stacked metal-insulator-metal structure. It has significant applications in resistive switching crossbars for the next generation of programmable logic circuits and neuromimicking hardware, to reveal their underlying operation mechanisms and practical applicability.

In Situ Transmission Electron Microscopy with Biasing and Fabrication ofAssimetric Crossbars Based on Mix-Phased a-VOx

Resistive switching crossbar architecture is highly desired in the field of digital memories due to low cost and high-density benefits. Different ...

Nanoscale Characterization of Liquid-Solid Interfaces by Coupling Cryo-Focused Ion Beam Milling with Scanning Electron Microscopy and Spectroscopy

Physical and chemical processes at solid-liquid interfaces play a crucial role in many natural and technological phenomena, including catalysis, solar energy and fuel generation, and electrochemical energy storage. Nanoscale characterization of such interfaces has recently been achieved using cryogenic electron microscopy, thereby providing a new path to advancing our fundamental understanding of interface processes.
This contribution provides a practical guide to mapping the structure and chemistry of solid-liquid interfaces in materials and devices using an integrated cryogenic electron microscopy approach. In this approach, we pair cryogenic sample preparation which allows stabilization of solid-liquid interfaces with cryogenic focused ion beam (cryo-FIB) milling to create cross-sections through these complex buried structures. Cryogenic scanning electron microscopy (cryo-SEM) techniques performed in a dual-beam FIB/SEM enable direct imaging as well as chemical mapping at the nanoscale. We discuss practical challenges, strategies to overcome them, as well as protocols for obtaining optimal results. While we focus in our discussion on interfaces in energy storage devices, the methods outlined are broadly applicable to a range of fields where solid-liquid interface play a key role.

Cryogenic Focused Ion Beam (FIB) and Scanning Electron Microscopy (SEM) techniques can provide key insights into the chemistry and morphology of intact solid-liquid interfaces. Methods for preparing high quality Energy Dispersive X-ray (EDX) spectroscopic maps of such interfaces are detailed, with a focus on energy storage devices.

Caracterização em nanoescala de interfaces líquidas sólidas acoplando fresagem de feixe de íons focada em crio-focal com microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia

Physical and chemical processes at solid-liquid interfaces play a crucial role in many natural and technological phenomena, including catalysis, solar ...

Focused Ion Beam Lithography to Etch Nano-architectures into Microelectrodes

With advances in electronics and fabrication technology, intracortical microelectrodes have undergone substantial improvements enabling the production of sophisticated microelectrodes with greater resolution and expanded capabilities. The progress in fabrication technology has supported the development of biomimetic electrodes, which aim to seamlessly integrate into the brain parenchyma, reduce the neuroinflammatory response observed after electrode insertion and improve the quality and longevity of electrophysiological recordings. Here we describe a protocol to employ a biomimetic approach recently classified as nano-architecture. The use of focused ion beam lithography (FIB) was utilized in this protocol to etch specific nano-architecture features into the surface of non-functional and functional single shank intracortical microelectrodes. Etching nano-architectures into the electrode surface indicated possible improvements of biocompatibility and functionality of the implanted device. One of the benefits of using FIB is the ability to etch on manufactured devices, as opposed to during the fabrication of the device, facilitating boundless possibilities to modify numerous medical devices post-manufacturing. The protocol presented herein can be optimized for various material types, nano-architecture features, and types of devices. Augmenting the surface of implanted medical devices can improve the device performance and integration into the tissue.

We have shown that the etching of nano-architecture into intracortical microelectrode devices may reduce the inflammatory response and has the potential to improve electrophysiological recordings. The methods described herein outline an approach to etch nano-architectures into the surface of non-functional and functional single shank silicon intracortical microelectrodes.

Litografia de feixe de íons focada para etch nano-arquiteturas em microeletrodos

With advances in electronics and fabrication technology, intracortical microelectrodes have undergone substantial improvements enabling the production of ...

Ohmic Contato Fabrication usando uma técnica Focused-ion Beam e caracterização elétrica para camada semicondutora Nanoestruturas

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