Name: a standard and reliable method to fabricate two-dimensional nanoelectronics
Uploaded: 2018-08-28T13:00:00
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이 작품은 아니요 국가 과학 위원회, 계약에 따라 대만 의해 지원 되었다 대부분 105-2112-M-003-016-MY3입니다. 이 작품 또한 일부 국가 나노 장치 실험실 및 전기 공학의 국립 대만 대학에서 전자 빔 실험실에 의해 지원 되었다.

1. 2D 준 heterojunction 트랜지스터 제조 공정
<ol><li>상업적인 c-면 사파이어를 준비 합니다.<ol>
<li>모든 단일 측면 세련 된 사파이어 (2 인치) 아세톤으로 세척.</li>
		<li>사파이어 기판을 이소프로필 알코올로 헹 구 십시오.</li>
	</ol></li>
	<li>MoS2 핫 벽 용광로에서 증 착을 사용 하 여 사파이어 기판에 성장.<ol>
<li>장소는 석 영 보트에 몰 리브 덴 삼산화 (무3) 가루 0.6 g 난방에 있는 용광로?...

<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>

이 문서에서는, 나노미터 스케일의 2D 자료에 따라 새로운 전자 조작의 자세한 절차는 설명 했다. 각 응용 프로그램의 샘플 준비 절차 서로 차이 때문에, 중복 된 프로세스 프로토콜으로 취급 했다. 전자 빔 패터 닝 소재 위치 결정 결합 및 금속 전극 정의 따라서 여기 프로토콜 역할. 두 가지 유형의 장치 언급 중 SiO2/Si 기판 위에 단 결정 MoS2 영화 전송 우기와 금속 이륙 끝에서 시작...

이후 수십 년 동안, 과거 인류는 발생 되었습니다 빠른 트랜지스터 그리고, 따라서, 트랜지스터 집적 회로 (Ic)에서 수에 있는 지 수 증가의 크기에 실험실. 이 실리콘 기반 보완 금속 산화물 반도체 (CMOS) 기술1의 지속적인 발전을 유지합니다. 또한, 크기와 조작 장치의 성능을이 현재의 추세는 여전히-트랙에는 그들의 성능 뿐 아니라 전자 칩에 트랜지스터의 수가 약 매 2 년 마다2배로 무어의 법칙으로. CMOS 트랜지스터는 대부분, 만약 함으로써 인간 생활의 중요 한 부분이 시장에서 사용할 수 있는 전자 장치,의 존재 한다. 이 때문에, 무어의 법칙 트랙을 따라 계속 제조 업체 밀어 왔다 칩 크기와 성능 개선에 대 한 지속적인 요구 있다.
불행 하 게도, 무어의 법칙은 열 발생으로 더 많은 실리콘 회로 작은 지역2에 압착의 금액으로 인해 끝 자 락 수 나타납니다. 이 같은 제공할 수 있는 물자의 새로운 종류에 대 한 호출 아니라면 더 나은 성능 실리콘으로 하 고, 같은 시간에 상대적으로 작은 규모에 구현할 수 있다. 최근, 새로운 유망 재료는 많은 재료 과학 연구의 주제 되었습니다. 1 차원 (1d) 탄소 나노튜브3,,45,6,7, 2D 그래8,,910, 같은 물자 11 , 12및 전이 금속 dichalcogenides (TMDs)13,14,15,,1617,18는으로 사용 될 수 있는 좋은 후보 실리콘 기반의 CMOS에 대 한 대체 하 고 무어의 법칙 트랙을 계속 합니다.
소규모 장치 제조 리소 그래피와 금속 전극 정의 등 다른 제조 기술에 성공적으로 진행 하는 자료의 위치의 주의 결정을 필요 합니다. 그래서,이 문서에 소개 된 메서드는이 필요를 해결 하기 위해 설계 되었다. 전통적인 반도체 제조 기법19에 비해는이 문서에 소개 된 방식은 재단사-재료의 위치를 찾는 측면에서 더 많은 관심을 필요로 하는 소규모 장치 개발에 적합 합니다. 이 방법의 목표는 안정적으로 2D 다시 문이 트랜지스터 등 Q-HBTs, 표준 제조 프로세스를 사용 하 여 2D 접한 장치를 조작 하는. 그것은 미래의 첨단된 나노 스케일 디바이스의 생산을 향해 길을 불법 체류자로이 미래 nanodevice 개발을 위한 플랫폼으로 사용할 수 있습니다.
절차 섹션에서 2D 자료 기반 장치 즉, Q-HBT 및 2D 다시 문이 트랜지스터 제조 프로세스는 자세히 설명 되어 있습니다. 전자 빔 패터 닝 소재 위치 결정 결합 및 금속 전극 정의 프로토콜을 구성 하는 그들은 모두 언급 한 프로세스에 필요한 이후. 제 1 부 Q HBTs20;의 단계별 제작 과정을 설명 합니다. 그리고 2 부를 화학 기상 증 착 (CVD) 이황화 몰 리브 덴 (MoS2) 다시 문이 트랜지스터 전송에서 이륙21, 완전히 문서에 표시 되었습니다 보편적인 방법을 보여 줍니다. 자세한 프로세스 흐름은 (그림 1)에 나와 있습니다.

<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

2 차원 (2D) 자료는 그들의 독특한 속성 및 잠재적인 응용 프로그램으로 인해 큰 관심을 받고 있다. 웨이퍼 스케일 합성 2D 자료의 초기 단계에 아직도 이기 때문에, 과학자 들은 완전히 관련된 연구에 대 한 전통적인 반도체 기술에 의존 수 없습니다. 전극 정의에 자료를 찾는에서 섬세 한 프로세스를 잘 제어 해야 합니다. 이 문서에서는, 범용 제조 프로토콜 트랜지스터 (HBT Q), 그리고 2D 다시 문이 트랜지스터 설명 나노 전자, 2D 준-heterojunction 바이 폴라 등 제조에 필요 합니다. 이 프로토콜 포함 소재 위치, 전자 빔 리소 그래피 (EBL), 금속 전극 정의의 외. 이 소자는 제조 절차의 단계 이야기 또한 제공 됩니다. 또한, 결과 각각의 조작된 장치 높은 반복성으로 고성능을 달성 했다 보여. 이 작품 보여 2D 나노-전자를 준비 하기 위한 프로세스 흐름의 포괄적인 설명, 연구 그룹을이 정보에 액세스 하 고 미래 전자 쪽으로 길을 있습니다.

장치 제작 프로세스는 2D 소재 소자의 개발을 포함 하는 해당 작가 연구의 몇몇에 적용 되었습니다. 이 부분에서 이러한 연구 들의 결과 위에서 설명한 프로토콜의 유효성을 입증 하는 되 게 됩니다. 측면 WSe2의 단층-MoS2 Q HBT20 첫 번째 예제로 선택 됩니다. 프로토콜에 대 한 자세한 표준 장치 제조 프로세스를 사용 하는 단층 옆 WSe2...

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A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

문서 미래의 낮은 차원 일렉트로닉스의 개발에 대 한 표준 및 신뢰할 수 있는 제조 절차를 소개 하는 것을 목표로.

2 차원 일렉트로닉스를 조작 하는 표준 및 신뢰할 수 있는 방법

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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