Name: a standard and reliable method to fabricate two-dimensional nanoelectronics
Uploaded: 2018-08-28T13:00:00
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Diese Arbeit wurde von der National Science Council, Taiwan unter Vertrag Nein unterstützt DIE MEISTEN 105-2112-M-003-016-MY3. Diese Arbeit war auch Teil der nationalen Nano Gerät Laboratorien und Elektronenstrahl-Labor in der Elektrotechnik der National Taiwan University unterstützt.

(1) 2D Quasi Heterojunction Transistoren Fertigungsprozess
<ol><li>Bereiten Sie kommerzielle c-Ebene Saphir.<ol>
<li>Reinigen Sie den völlig einseitig geschliffenen Saphir (2 Zoll) mit Aceton.</li>
		<li>Spülen Sie das Saphire Substrat mit Isopropyl-Alkohol.</li>
	</ol></li>
	<li>Wachsen Sie MoS2 auf Saphir Substrat mit CVD in einem warm-Wand-Ofen.<ol>
<li>Statt 0,6 g Molybdän trioxid (MoO3) Pulver in einem quarzboot befindet sich an der Heizung Zone Mitte des Ofens. Setzen Sie das Saphire Subs...

<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. 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=Effects+of+oxygen+bonding+on+defective+semiconducting+and+metallic+single-walled+carbon+nanotube+bundles.">Effects of oxygen bonding on defective semiconducting and metallic single-walled carbon nanotube bundles.</a> Carbon. 50 (12), 4619-4627 (2012).</li><li>Lan, Y. W., Aravind, K., Wu, C. S., Kuan, C. H., Chang-Liao, K. S., Chen, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interplay+of+spin-orbit+coupling+and+Zeeman+effect+probed+by+Kondo+resonance+in+a+carbon+nanotube+quantum+dot.">Interplay of spin-orbit coupling and Zeeman effect probed by Kondo resonance in a carbon nanotube quantum dot.</a> Carbon. 50 (10), 3748-3752 (2012).</li><li>Lan, Y. W., Nguyen, L. N., Lai, S. J., Lin, M. C., Kuan, C. H., Chen, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+embedded+charge+defects+in+suspended+silicon+nanowires+using+a+carbon-nanotube+cantilever+gate.">Identification of embedded charge defects in suspended silicon nanowires using a carbon-nanotube cantilever gate.</a> Applied Physics Letters. 99 (5), (2011).</li><li>De Volder, M. F. L., Tawfick, S. H., Baughman, R. H., Hart, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+nanotubes:+present+and+future+commercial+applications.">Carbon nanotubes: present and future commercial applications.</a> Science (New York, N.Y.). 339 (6119), 535-539 (2013).</li><li>Eatemadi, A., Daraee, 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=Carbon+nanotubes:+Properties,+synthesis,+purification,+and+medical+applications.">Carbon nanotubes: Properties, synthesis, purification, and medical applications.</a> Nanoscale Research Letters. 9 (1), 1-13 (2014).</li><li>Lan, Y. W., Chang, W. 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=Polymer-free+patterning+of+graphene+at+sub-10-nm+scale+by+low-energy+repetitive+electron+beam.">Polymer-free patterning of graphene at sub-10-nm scale by low-energy repetitive electron beam.</a> Small. 10 (22), 4778-4784 (2014).</li><li>Romero, M. F., Bosca, A., 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=Impact+of+2D-Graphene+on+SiN+Passivated+AlGaN/GaN+MIS-HEMTs+Under+Mist+Exposure.">Impact of 2D-Graphene on SiN Passivated AlGaN/GaN MIS-HEMTs Under Mist Exposure.</a> IEEE Electron Device Letters. 38 (10), 1441-1444 (2017).</li><li>Blaschke, B. M., Tort-Colet, N., 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=Mapping+brain+activity+with+flexible+graphene+micro-transistors.">Mapping brain activity with flexible graphene micro-transistors.</a> 2D Materials. 4 (2), 25040 (2017).</li><li>Zhu, Z., Murtaza, I., Meng, H., Huang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thin+film+transistors+based+on+two+dimensional+graphene+and+graphene/semiconductor+heterojunctions.">Thin film transistors based on two dimensional graphene and graphene/semiconductor heterojunctions.</a> RSC Advances. 7 (28), 17387-17397 (2017).</li><li>Kim, S. J., Choi, K., Lee, B., Kim, Y., Hong, B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Materials+for+Flexible,+Stretchable+Electronics:+Graphene+and+2D+Materials.">Materials for Flexible, Stretchable Electronics: Graphene and 2D Materials.</a> Annual Review of Materials Research. 45 (1), 63-84 (2015).</li><li>Manzeli, S., Ovchinnikov, D., Pasquier, D., Yazyev, O. 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=2D+transition+metal+dichalcogenides.">2D transition metal dichalcogenides.</a> Nature Reviews Materials. 2, (2017).</li><li>Kolobov, A. V., Tominaga, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Emerging Applications of 2D TMDCs. 239, 473-512 (2016).</li><li>Nguyen, L. N., Lan, Y. 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=Resonant+tunneling+through+discrete+quantum+states+in+stacked+atomic-layered+MoS2.">Resonant tunneling through discrete quantum states in stacked atomic-layered MoS2.</a> Nano Letters. 14 (5), 2381-2386 (2014).</li><li>Torres, C. M., Lan, Y. 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-Current+Gain+Two-Dimensional+MoS2-Base+Hot-Electron+Transistors.">High-Current Gain Two-Dimensional MoS2-Base Hot-Electron Transistors.</a> Nano Letters. 15 (12), 7905-7912 (2015).</li><li>Jariwala, D., Sangwan, V. K., Lauhon, L. J., Marks, T. J., Hersam, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emerging+Device+Applications+for+Semiconducting+Two-Dimensional+Transition+Metal+Dichalcogenides.">Emerging Device Applications for Semiconducting Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides.</a> ACS Nano. 8 (2), 1102-1120 (2014).</li><li>Choi, W., Choudhary, N., Han, G. H., Park, J., Akinwande, D., Lee, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+development+of+two-dimensional+transition+metal+dichalcogenides+and+their+applications.">Recent development of two-dimensional transition metal dichalcogenides and their applications.</a> Materials Today. 20 (3), 116-130 (2017).</li><li>Xiao, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Introduction to Semiconductor Manufacturing Technology, Second Edition. , (2012).</li><li>Lin, C. Y., Zhu, 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=Atomic-Monolayer+Two-Dimensional+Lateral+Quasi-Heterojunction+Bipolar+Transistors+with+Resonant+Tunneling+Phenomenon.">Atomic-Monolayer Two-Dimensional Lateral Quasi-Heterojunction Bipolar Transistors with Resonant Tunneling Phenomenon.</a> ACS Nano. 11 (11), 11015-11023 (2017).</li><li>Qi, J., Lan, Y. 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=Piezoelectric+effect+in+chemical+vapour+deposition-grown+atomic-monolayer+triangular+molybdenum+disulfide+piezotronics.">Piezoelectric effect in chemical vapour deposition-grown atomic-monolayer triangular molybdenum disulfide piezotronics.</a> Nature Communications. 6, (2015).</li></ol>

In diesem Artikel werden die Modalitäten der Herstellung neuartiger Elektronik basierend auf 2D Materialien im Nanometer-Maßstab demonstriert. Da die Probenaufbereitungsverfahren der jeweiligen Anwendung Unterschiede miteinander haben, wurden die überlappende Prozesse als Protokoll behandelt. Electron Beam Musterung kombiniert mit materiellen Standortbestimmung und Metallelektroden Definition dient somit als das Protokoll hier. Unter den zwei Arten der genannten Geräte der gesamte Prozess der 2D zurück-gated Transis...

Seit vergangenen Jahrzehnten erlebt Menschheit Rapid downscale in der Größe der Transistoren und folglich einer exponentiellen Zunahme der Anzahl der Transistoren in integrierten Schaltkreisen (ICs). Dadurch bleibt der kontinuierlichen Fortschritt der Silizium-basierten ergänzende Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) Technologie1. Der aktuelle Trend in der Größe und Leistung der gefertigten Geräte sind noch auf der Strecke mit Moores Gesetz, die besagt, dass die Anzahl der Transistoren auf Mikrochips sowie ihre Leistung verdoppelt sich etwa alle zwei Jahre2. CMOS-Transistoren sind vorhanden in den meisten, wenn nicht alle, die elektronische Geräte, die auf dem Markt und somit Bestandteil des menschlichen Lebens. Aus diesem Grund sind die ständige Forderungen nach Verbesserungen in Chipgröße und Leistung, die der Hersteller für das Mooresche Gesetz Spur verfolgen vorangetrieben haben.
Leider scheint das Moore'sche Gesetz kurz vor sein Ende durch die Menge von Hitze erzeugt, wie mehr Silizium-Schaltungen in einem kleinen Bereich2zusammengedrückt wird. Dies erfordert neue Arten von Materialien, die das gleiche bieten kann, wenn nicht besser, Leistung wie Silizium und zur gleichen Zeit in einem relativ kleinen Maßstab umgesetzt werden können. Vor kurzem wurden neue vielversprechende Materialien Themen von vielen Materialwissenschaften erforscht. Solche Materialien als eindimensionale (1D) Kohlenstoff-Nanoröhren3,4,5,6,7, 2D Graphen8,9,10, 11 , 12und Übergangsmetall (TMDs) Dichalcogenides13,14,15,16,17,18, sind gute Kandidaten, die als genutzt werden kann Ersatz für siliziumbasierte CMOS und weiter das Moore'sche Gesetz Track.
Herstellung von kleinen Geräten erfordert sorgfältige Standortbestimmung, erfolgreich um die anderen Fertigungsverfahren wie Lithografie und Metall-Elektrode-Definition zu gelangen das Material. Also, wurde in diesem Dokument vorgestellte Methode entwickelt, um diesem Bedarf zu begegnen. Im Vergleich zu den traditionellen Halbleiter Fertigung Techniken19, ist der Ansatz, die in diesem Dokument vorgestellte Schneider ausgestattet, um die Entwicklung von kleinen Geräten, die mehr Aufmerksamkeit in Bezug auf die Suche nach dem Ort des Materials. Das Ziel dieser Methode ist, 2D Nanomaterial Geräte wie 2D zurück-gated Transistoren und Q-HBTs mit standard Fabrikationsprozesse zuverlässig zu fabrizieren. Dies dient als Plattform für zukünftige Nanodevice Entwicklungen, wie sie den Weg für die Produktion der Zukunft fortschrittliche Nano-Maßstab Geräte ebnet.
Im Abschnitt Verfahren werden die Herstellungsprozesse für 2D Materialien-basierten Geräten nämlich die Q-HBT und 2D zurück-gated Transistor ausführlich diskutiert. Elektronen Strahl Musterung kombiniert mit materiellen Standortbestimmung und Metallelektroden Definition umfasst das Protokoll, da sie in beiden genannten Prozesse benötigt werden. Teil 1 behandelt die schrittweise Herstellung von Q-HBTs20; und Teil 2 zeigt einen universellen Ansatz um chemical Vapor Deposition (CVD) Molybdän-Disulfid (MoS2) Rücken-gated Transistoren aus Transfer Lift-Off21, die vollständig in diesem Artikel gezeigt hat. Der detaillierte Ablauf zeigt (Abbildung 1).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:973px;" width="973">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">E-gun Evaporator</td>
			<td style="width:175px;">AST</td>
			<td style="width:255px;">PEVA 600I</td>
			<td style="width:296px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Au slug, 99.99%</td>
			<td>Well-Being Enterprise Co</td>
			<td>&#160;N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Ti slug, 99.99%</td>
			<td>Well-Being Enterprise Co</td>
			<td>&#160;N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">E-beam Lithography System</td>
			<td style="width:175px;">Elionix</td>
			<td style="width:255px;">ELS7500-EX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Cold Wall CVD System</td>
			<td style="width:175px;">Sulfur Science</td>
			<td style="width:255px;">SCW600S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">C-plane Sapphire substrate</td>
			<td style="width:175px;">Summit-Tech</td>
			<td style="width:255px;">X171999</td>
			<td>(0001) &#177; 0.2 &#176; one side polished</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">100 nm SiO2/Si</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:255px;"></td>
			<td>Fabricated in NDL</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Ammonia Solution</td>
			<td style="width:175px;">BASF</td>
			<td style="width:255px;">Ammonia Solution 28% Selectipur</td>
			<td style="width:296px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Molybdenum (Mo), 99.95%</td>
			<td style="width:175px;">Summit-Tech&#160;</td>
			<td style="width:255px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Tungsten (W), 99.95%</td>
			<td style="width:175px;">Summit-Tech&#160;</td>
			<td style="width:255px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Sulfur (S), 99.5%</td>
			<td style="width:175px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:255px;">13803</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Polymethyl Methacrylate (PMMA)</td>
			<td style="width:175px;">Microchem&#160;</td>
			<td style="width:255px;">8110788</td>
			<td>Use for transfer process</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Spin Coater</td>
			<td>Laurell&#160;</td>
			<td>WS 400B 6NPP LITE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Acetone</td>
			<td style="width:175px;">BASF</td>
			<td style="width:255px;">Acetone EL Selectipur</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Isopropanol (IPA)</td>
			<td style="width:175px;">BASF</td>
			<td style="width:255px;">2-Propanol UPS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Photo Resist for EBL</td>
			<td style="width:175px;">TOK</td>
			<td style="width:255px;">TDUR-P-015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Plasma Cleaner</td>
			<td style="width:175px;">Harrick Plasma</td>
			<td style="width:255px;">PDC-32G</td>
			<td>Oxygen plasma</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a standard and reliable method to fabricate two-dimensional nanoelectronics

Zweidimensionale (2D) Materialien haben aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten großes Aufsehen. Da Wafer Scale Synthese von 2D Material noch im Entstehen begriffenen Stadium ist, können nicht Wissenschaftler auf traditionellen Halbleiter-Techniken für damit verbundene Forschung voll und ganz verlassen. Zarte Prozesse finden die Materialien zur Elektrode Definition gut kontrolliert werden müssen. In diesem Artikel erforderliche ein universal Fertigung-Protokoll in der Herstellung von Nano-Elektronik, wie 2D quasi Heterojunction bipolar Transistoren (Q-HBT) und 2D zurück-gated Transistoren unter Beweis gestellt werden. Dieses Protokoll enthält die Bestimmung der materiellen Lage, Elektronenstrahllithographie (EBL), Metall-Elektrode Definition, Et Al. Eine Schritt-für-Schritt-Erzählung der Herstellung Verfahren für diese Geräte werden ebenfalls vorgestellt. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass die gefertigten Geräte hohen Leistung mit hoher Wiederholgenauigkeit erreicht hat. Diese Arbeit zeigt eine umfassende Beschreibung des Prozessablaufs für die Zubereitung von 2D Nano-Elektronik, ermöglicht die Forschungsgruppen auf diese Informationen zuzugreifen, und ebnen den Weg für die zukünftige Elektronik.

Das Gerät Fertigungsprozesse wurden zu mehreren des entsprechenden Autors Forschungen mit der Entwicklung von 2D Material Geräten angewendet. In diesem Teil werden die Ergebnisse einiger dieser Forschungen vorgestellt, um die Effektivität des oben genannten Protokolls zu demonstrieren. Eine Monolage seitliche WSe2-MoS2 Q-HBT20 wird als das erste Beispiel ausgewählt. Mit dem Grundgerät Fertigungsprozesse detailliert in das Protokoll, der M...

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A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Der Artikel soll ein standard und zuverlässige Fertigung Verfahren für die Entwicklung der zukünftigen niedrig dimensionalen Nanoelektronik einzuführen.

Eine Standard und zuverlässige Methode, zweidimensionale Nanoelektronik zu fabrizieren

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

Research

JoVE Journal

Engineering

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