Name: preparation of large-area vertical 2d crystal hetero-structures through the sulfurization of transition metal films for device fabrication
Uploaded: 2017-11-28T13:00:00
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이 작품은 가장 105-2221-E-001-011-MY3 사업과 가장 105-2622-8-002-001 과학과 기술, 대만에 의해 투자 부분에 초점을 맞춘 프로젝트 응용 과학, 학계의 Sinica, 리서치 센터 투자에 의해 부분적으로 지원 대만.

1. 개별 2D 자료 (MoS2 와 WS2)의 성장
<ol><li>
RF 스퍼터 링 시스템을 사용 하 여 전이 금속 증 착
	<ol>
<li>깨끗 한 2 x 2 cm2 사파이어 기판 샘플 홀더 전이 금속 증 착을 위한 스퍼터 링 시스템의 대상으로 광택 측면에 배치 됩니다. 사파이어 기판은 사파이어의 높은 온도 원자 평면 표면에 화학 안정성 때문에 선택 됩니다.</li>
		<li>확산 펌프에 의해 다음 기계적인 펌?...

<ol>
	<li>Moldt, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Yield+Production+and+Transfer+of+Graphene+Flakes+Obtained+by+Anodic+Bonding.">High-Yield Production and Transfer of Graphene Flakes Obtained by Anodic Bonding.</a> ACS Nano. 5, 7700-7706 (2011).</li><li>Choi, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Detectivity+Multilayer+MoS2+Phototransistors+with+Spectral+Response+from+Ultraviolet+to+Infrared.">High-Detectivity Multilayer MoS2 Phototransistors with Spectral Response from Ultraviolet to Infrared.</a> Adv. Mater. 24, 5832-5836 (2012).</li><li>Liu, H., Neal, A. T., Ye, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Channel+Length+Scaling+of+MoS2+MOSFETs.">Channel Length Scaling of MoS2 MOSFETs.</a> ACS Nano. 6, 8563-8569 (2012).</li><li>Wang, Q. H., Kalantar-Zadeh, K., Kis, A., Coleman, J. N., Strano, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electronics+and+optoelectronics+of+two-dimensional+transition+metal+dichalcogenides.">Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides.</a> Nat. Nanotechnol. 7, 699-712 (2012).</li><li>Radisavljevic, B., Radenovic, A., Brivio, J., Giacometti, V., Kis, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-layer+MoS2+transistors.">Single-layer MoS2 transistors.</a> Nat. Nanotechnol. 6, 147-150 (2011).</li><li>Lee, Y. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+Large-Area+MoS2+Atomic+Layers+with+Chemical+Vapor+Deposition.">Synthesis of Large-Area MoS2 Atomic Layers with Chemical Vapor Deposition.</a> Adv. Mater. 24, 2320-2325 (2012).</li><li>Yu, Y., Li, C., Liu, Y., Su, L., Zhang, Y., Cao, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+Scalable+Synthesis+of+Uniform,+High-Quality+Monolayer+and+Few-layer+MoS2+Films.">Controlled Scalable Synthesis of Uniform, High-Quality Monolayer and Few-layer MoS2 Films.</a> Sci. Rep. 3, 1866 (2013).</li><li>Ling, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+the+Seeding+Promoter+in+MoS2+Growth+by+Chemical+Vapor+Deposition.">Role of the Seeding Promoter in MoS2 Growth by Chemical Vapor Deposition.</a> Nano Lett. 14, 464-472 (2014).</li><li>Lee, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+wafer-scale+uniform+molybdenum+disulfide+films+with+control+over+the+layer+number+using+a+gas+phase+sulfur+precursor.">Synthesis of wafer-scale uniform molybdenum disulfide films with control over the layer number using a gas phase sulfur precursor.</a> Nanoscale. 6, 2821-2826 (2014).</li><li>Lin, M. Y., Su, C. F., Lee, S. C., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Growth+Mechanisms+of+Graphene+Directly+on+Sapphire+Substrates+using+the+Chemical+Vapor+Deposition.">The Growth Mechanisms of Graphene Directly on Sapphire Substrates using the Chemical Vapor Deposition.</a> J. Appl. Phys. 115, 223510 (2014).</li><li>Wu, C. R., Chang, X. R., Chang, S. W., Chang, C. E., Wu, C. H., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multilayer+MoS2+prepared+by+one-time+and+repeated+chemical+vapor+depositions:+anomalous+Raman+shifts+and+transistors+with+high+ON/OFF+ratio.">Multilayer MoS2 prepared by one-time and repeated chemical vapor depositions: anomalous Raman shifts and transistors with high ON/OFF ratio.</a> J. Phys. D Appl. Phys. 48, 435101 (2015).</li><li>Li, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epitaxial+growth+of+a+monolayer+WSe2-MoS2+lateral+p-n+junction+with+an+atomically+sharp+interface.">Epitaxial growth of a monolayer WSe2-MoS2 lateral p-n junction with an atomically sharp interface.</a> Science. 349, 524-528 (2015).</li><li>Zhan, Y., Liu, Z., Najmaei, S., Ajayan, M. P., Lou, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-area+vapor-phase+growth+and+characterization+of+MoS2+atomic+layers+on+a+SiO2+substrate.">Large-area vapor-phase growth and characterization of MoS2 atomic layers on a SiO2 substrate.</a> Small. 8, 966 (2012).</li><li>Woods, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=One-Step+Synthesis+of+MoS2/WS2+Layered+Heterostructures+and+Catalytic+Activity+of+Defective+Transition+Metal+Dichalcogenide+Films.">One-Step Synthesis of MoS2/WS2 Layered Heterostructures and Catalytic Activity of Defective Transition Metal Dichalcogenide Films.</a> ACS Nano. 10, 2004-2009 (2016).</li><li>Wu, C. R., Chang, X. R., Wu, C. H., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Growth+Mechanism+of+Transition+Metal+Dichalcogenides+using+Sulfurization+of+Pre-deposited+Transition+Metals+and+the+2D+Crystal+Hetero-structure+Establishment.">The Growth Mechanism of Transition Metal Dichalcogenides using Sulfurization of Pre-deposited Transition Metals and the 2D Crystal Hetero-structure Establishment.</a> Sci. Rep. 7, 42146 (2017).</li><li>Chen, K. C., Chu, T. W., Wu, C. R., Lee, S. C., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Layer+Number+Controllability+of+Transition-metal+Dichalcogenides+and+The+Establishment+of+Hetero-structures+using+Sulfurization+of+Thin+Transition+Metal+Films.">Layer Number Controllability of Transition-metal Dichalcogenides and The Establishment of Hetero-structures using Sulfurization of Thin Transition Metal Films.</a> J. of Phys. D: Appl. Phy. 50, 064001 (2017).</li><li>Wu, C. R., Chang, X. R., Chu, T. W., Chen, H. A., Wu, C. H., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Establishment+of+2D+Crystal+Heterostructures+by+Sulfurization+of+Sequential+Transition+Metal+Depositions:+Preparation,+Characterization,+and+Selective+Growth.">Establishment of 2D Crystal Heterostructures by Sulfurization of Sequential Transition Metal Depositions: Preparation, Characterization, and Selective Growth.</a> Nano Lett. 16, 7093-7097 (2016).</li><li>Lin, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+epitaxially+grown+two-dimensional+crystal+hetero-structures:+Single+and+double+MoS2/graphene+hetero-structures+by+chemical+vapor+depositions.">Toward epitaxially grown two-dimensional crystal hetero-structures: Single and double MoS2/graphene hetero-structures by chemical vapor depositions.</a> Appl. Phys. Lett. 105, 073501 (2014).</li><li>Lee, C., Yan, H., Brus, L. E., Heinz, T. F., Hone, J., Ryu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anomalous+Lattice+Vibrations+of+Single+and+Few-Layer+MoS2.">Anomalous Lattice Vibrations of Single and Few-Layer MoS2.</a> ACS Nano. 4, 2695-2700 (2010).</li><li>Chen, K. C., Chu, T. W., Wu, C. R., Lee, S. C., Lin, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+Layer+Etchings+of+Transition+Metal+Dichalcogenides+with+Post+Healing+Procedures:+Equivalent+Selective+Etching+of+2D+Crystal+Hetero-structures.">Atomic Layer Etchings of Transition Metal Dichalcogenides with Post Healing Procedures: Equivalent Selective Etching of 2D Crystal Hetero-structures.</a> 2D Mater. 4, 034001 (2017).</li></ol>

Si, GaAs 등 기존의 반도체 재료에 비해, 장치 응용 프로그램에 대 한 2 차원 재료의 장점은 여러 원자 층으로 매우 얇은 시체와 함께 장치 제조의 가능성에 있다. Si 산업으로 발전 하는 때는 < 10 nm 기술 노드를 Si 핀 FET의 높은 종횡비 만들 것입니다 장치 아키텍처 응용에 적합. 따라서, 2D 자료 전자 장치 응용 프로그램에 대 한 시를 대체 하는 그들의 잠재력 등장 했습니다.
가장 ?...

2D 크리스탈 필름을 얻기 위해 가장 일반적인 방법 중 하나는 기계적인 벗겨짐 대량 자료1,2,3,,45에서 사용 하는. 2D 크리스탈 필름 높은 결정 질은이 메서드를 사용 하 여 쉽게 얻을 수, 비록 확장 가능한 2D 크리스탈 필름 실용적인 응용 프로그램에 대 한 불리는이 방법을 통해 사용할 수 없습니다. 그것은 화학 기상 증 착 (CVD)에 사용 하 여, 큰 지역 및 균일 한 2D 크리스탈 영화 될 수 있는 준비 된6,7,,89이전 간행물에서 증명 되었습니다. 사파이어 기판 및 레이어 수 제어 MoS2 영화 같은 성장 주기를 반복 하 여 준비에 그래 핀의 직접 성장은 또한 시연 CVD 성장 기술이10,11. 1 개의 최근 간행물에서 비행기에서 WSe2/MoS2 이종 구조 조각도는 CVD 성장 기술이12를 사용 하 여 조작. CVD 성장 기술이 제공 하는 확장 가능한 2D 크리스탈 영화 약속 이지만,이 성장 기술의 주요 단점은 다른 선구자는 다른 2 차원 결정에 대 한 위치입니다. 성장 조건이 다른 2D 결정 사이 다. 이 경우에, 성장 절차 2D 크리스탈 hetero-구조에 대 한 수요가 성장 하는 때 더 복잡 하 게 될 것입니다.
CVD 성장 기술에 비해, 미리 입금된 전이 금속 필름의 sulfurization TMDs13,14와 유사 하지만 훨씬 간단 성장 접근을 제공 했습니다. 성장 절차 포함 하므로 금속 증 착 및 다음 sulfurization 절차, 동일한 성장 절차를 통해 다른 TMDs 성장 가능 하다. 다른 한편으로, 2 차원 결정의 레이어 숫자 제어 사전 입금된 전이 금속 두께 변경 하 여 또한 달성 될 수 있습니다. 이 경우 단일 계층까지 성장 최적화 및 레이어 번호 제어는 다른 TMDs. 필요한 성장 메커니즘을 이해 또한 매우 복잡 한 TMD hetero-구조가이 메서드를 사용 하 여의 설립에 대 한 중요 하다.
이 종이, MoS2 와 WS2 에서 영화는 sulfurization 프로시저 다음 금속 증 착의 비슷한 성장 과정을 준비 하 고 있다. 모 영화 황 충분 하 고 부족 한 조건에서의 sulfurization에서 얻은 결과 함께 두 개의 성장 메커니즘은 sulfurization 절차15동안 관찰 됩니다. 황 충분 한 조건 하에서 균일 하 고 레이어 번호 제어 MoS2 영화 sulfurization 절차 후 얻을 수 있습니다. 샘플 유황 결핍 상태 하에서 sulfurized는, 배경 황 모 산화물 분리 및 합체 초기 성장 단계에서 지배적인 기계 장치가 있을 것입니다 그런 완전 한 MoS2 필름을 형성 하기에 충분 한지 않습니다. MoS2 의 몇 층에 의해 덮여 모 산화 클러스터와 샘플 sulfurization 절차15후 얻을 수 것입니다. 순차적 금속 증 착 및 다음 sulfurization 프로시저를 통해 WS2/MoS2 수직 hetero-구조 단일 레이어 아래 레이어 번호 제어와15,16준비 될 수 있습니다. 이 기술을 사용 하 여, 샘플 4 개 지역으로 단일 사파이어 기판에 얻어진 다: (I) 사파이어 기판, (II) 독립 실행형 모스2, (III) WS2/MoS2 이종 구조, 및 (IV) 독립형 WS217 빈 . 결과 성장 기술 수직 2D 크리스탈 이종 구조의 설립에 대 한 유리의 선택적 성장 수 보여줍니다. 2D 크리스탈 이종 구조의 향상 된 장치 공연 2 차원 결정을 위해 실용적인 응용 프로그램을 향한 첫 번째 단계를 표시 합니다.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>RF sputtering system</td>
			<td>Kao Duen Technology</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Furnace for sulfurization</td>
			<td>Creating Nano Technologies</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polymethyl methacrylate (PMMA)</td>
			<td>Microchem</td>
			<td>8110788</td>
			<td>Flammable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KOH, &#62; 85%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>30603</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone, 99.5%</td>
			<td>Echo Chemical</td>
			<td>CMOS110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfur (S), 99.5%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>13803</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>C-plane Sapphire substrate</td>
			<td>Summit-Tech</td>
			<td>X171999</td>
			<td>(0001) &#177; 0.2 &#176; one side polished</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>300 nm SiO2/Si substrate</td>
			<td>Summit-Tech</td>
			<td>2YCDDM</td>
			<td>P-type Si substrate, resistivity: 1-10 &#937; &#183; cm.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample holder (sputtering system)</td>
			<td>Kao Duen Technology</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Ceramic material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mechanical pump (sputtering system)</td>
			<td>Ulvac</td>
			<td>D-330DK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diffusion pump (sputtering system)</td>
			<td>Ulvac</td>
			<td>ULK-06A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mass flow controller</td>
			<td>Brooks</td>
			<td>5850E</td>
			<td>The maximum Argon flow is 400 mL/min</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manual wheel Angle poppet valve</td>
			<td>King Lai</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Vacuum range from 2500 ~1 &#215; 10-8 torr</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raman measurement system</td>
			<td>Horiba</td>
			<td>Jobin Yvon LabRAM HR800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmission electron microscopy</td>
			<td>Fei</td>
			<td>Tecnai G2 F20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>Kwo Yi</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tweezer</td>
			<td>Venus</td>
			<td>2A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital dry cabinet</td>
			<td>Jwo Ruey Technical</td>
			<td>DRY-60</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dual-channel system sourcemeter</td>
			<td>Keithley</td>
			<td>2636B</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of large-area vertical 2d crystal hetero-structures through the sulfurization of transition metal films for device fabrication

우리는 몰 리브 덴 (Mo), 텅스텐 (W), 큰 지역 등 전이 금속 필름의 sulfurization를 통해 그를 증명 하 고 전이 금속 dichalcogenides (TMDs) MoS2 를 균일 고 WS2 사파이어 기판에 준비 될 수 있다. 금속 필름 두께 조절 하 여 좋은 레이어 번호 제어 TMDs의 단일 계층까지이 성장 기술을 사용 하 여 얻어질 수 있다. 유황 결핍 상태 하에서 sulfurized 모 영화에서 얻은 결과 바탕으로, (a) 평면 MoS2 성장 및 (b) sulfurization 절차 동안 관찰 모 산화물 분리의 두 가지 메커니즘이 있습니다. 배경 황 이면 충분 한 평면 TMD 성장 sulfurization 절차 후 균일 한 MoS2 영화 귀 착될 것 이다 지배적인 성장 메커니즘입니다. 배경 유황 결핍 이면 모 산화물 분리 sulfurization 절차의 초기 단계에서 지배적인 성장 메커니즘을 될 것입니다. 이 경우에, 모 산화 클러스터 몇 레이어 MoS2 로 덮여와 함께 샘플 얻어질 것입니다. 후 순차적 모 증 착/sulfurization 및 W 증 착/sulfurization 절차, 수직 WS2/MoS2 이종 구조가 성장 기술을 사용 하 여 설정 됩니다. 라만 봉우리에 해당 하는 WS2 와 모스2, 각각, 그리고 개별 2D 자료의 합계와 이종 구조 동일한 레이어 수 수직 2D 크리스탈의 성공적인 설립을 확인 했습니다. hetero-구조입니다. WS2미리 패턴된 소스/드레인 전극으로 SiO2/Si 기판에 /MoS2 필름을 전송 후 하단-게이트 트랜지스터 조작입니다. 만 모스2 채널 트랜지스터와 비교, WS2/MoS2 hetero-구조 장치의 더 높은 드레인 전류는 전시는 2D 크리스탈 hetero-구조, 우수한 장치 도입 성능을 얻을 수 있습니다. 결과 2 차원 결정의 실용적인 응용 프로그램에 대 한이 성장 기술의 잠재력을 계시 했다.

라만 스펙트럼과 개별 MoS2 와 WS2 미리 입금 전이 금속 sulfurization를 사용 하 여 날조의 횡단면 HRTEM 이미지 각각 그림 1a-b17에 표시 됩니다. 두 특성 라만 봉우리 MoS2 와 WS2, 해당 비행기에서 하는 관찰 된다 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56494/56494eq1.jpg"> 및 밖으로의 비행기는1 g 2...

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Preparation of Large-area Vertical 2D Crystal Hetero-structures Through the Sulfurization of Transition Metal Films for Device Fabrication

미리 입금된 전이 금속 sulfurization를 통해 큰 지역 및 수직 2D 크리스탈 이종 구조 날조 될 수 있다. 영화 전송 및 장치 제조 절차는 또한이 보고서에 설명 했다.

큰 지역 수직 2D 크리스탈 Hetero-구조 장치 제조에 전이 금속 영화 Sulfurization의 준비

We have demonstrated that through the sulfurization of transition metal films such as molybdenum (Mo) and tungsten (W), large-area and uniform transition ...

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