שיטה סטנדרטית ואמינה כדי לפברק Nanoelectronics דו מימדי
Summary
המאמר שואפת להציג את הליך ייצור סטנדרטי ואמין לפיתוח עתידי נמוך nanoelectronics תלת-ממדי.
Abstract
חומרים (2D) דו מימדי משכו תשומת לב אדירה בשל תכונותיו הייחודיות שלהם יישומים פוטנציאליים. מאחר וופל סולם סינתזה של חומרים 2D עדיין בשלבי המתהווה, מדענים לא יכול להסתמך באופן מלא על טכניקות מסורתיות מוליכים למחצה עבור מחקרים בנושא. תהליכים עדינים החל מאיתור החומרים להגדרת אלקטרודה צריך להיות נשלט היטב. במאמר זה, פרוטוקול פבריקציה נוספת אוניברסלי נדרש ייצור ננו אלקטרוניקה, כגון 2D קוואזי-heterojunction דו קוטבית טרנזיסטורים (Q-ואירוקוי), ו- 2D טרנזיסטורים ממותגת הגב מודגמות. פרוטוקול זה כולל קביעת מיקום גשמי, ליתוגרפיה קרן אלקטרונים (EBL), הגדרה אלקטרודת מתכת, ואח. נרטיב שלב אחר שלב של ההליכים פבריקציה נוספת עבור התקנים אלה מוצגים. יתר על כן, התוצאות מראות כי כל אחד מההתקנים מפוברק השיגה ביצועים גבוהים עם הדיר גבוהה. עבודה זו מגלה תיאור מקיף של זרימת תהליך להכנת ננו-אלקטרוניקה 2D, מאפשרת לקבוצות המחקר לגשת למידע זה, לסלול את הדרך לקראת עתיד אלקטרוניקה.
Introduction
מאז עברו עשורים, המין האנושי חווה rapid downscale בגודל של טרנזיסטורים, וכתוצאה מכך גידול מעריכי מספר הטרנזיסטורים במעגלים משולבים (ICs). זה שומר על התקדמות רציפה של טכנולוגיה מבוססי סיליקון משלימים תחמוצת מתכת מוליכים למחצה (CMOS)1. יתר על כן, הטרנד הנוכחי גודל ובביצועים של התקנים מפוברק הם עדיין במסלול עם חוק מור, אשר קובע כי מספר הטרנזיסטורים על שבבים אלקטרוניים, כמו גם את הביצועים שלהם, מוכפל בערך כל שנתיים2. טרנזיסטורים CMOS נוכחים ברוב, אם לא כל, של מכשירים אלקטרוניים הזמינים בשוק, ובכך חלק בלתי נפרד של חיי אדם. בגלל זה, ישנם דרישות מתמדת לשיפורים גודל השבב ובביצועים אשר דחפתם היצרנים אמשיך לעקוב במסלול משפטים של מור.
למרבה הצער, חוק מור מופיעה כדי להיות לסופו עקב כמות החום שנוצר כפי יותר המעגלים הסיליקון נדחקת שטח קטן2. . זה דורש סוגים חדשים של חומרים אשר יכולים לספק אותו, אם לא יותר טוב, ביצועים כמו סיליקון, באותו הזמן, יכול להיות מיושם ב בקנה מידה קטן יחסית. לאחרונה, חומרים חדשים המבטיחים כבר נושאים של מחקרים רבים של חומר מדעי. חומרים כאלה כמו חד-ממדי (1 ד) פחמן צינורות3,4,5,6,7, דו-מימדית גרפן8,9,10, 11 , 12, מתכות מעבר dichalcogenides (TMDs)13,14,15,16,17,18, הם מועמדים טובים זה יכול לשמש תחליף CMOS מבוססי סיליקון והמשך מסלול משפטים של מור.
ייצור של התקנים בקנה מידה קטן דורש זהירות קביעת המיקום של החומר להמשיך בהצלחה טכניקות ייצור אחרות כגון ליתוגרפיה בחדות אלקטרודת מתכת. אז השיטה המובאת בעיתון הזה נועד לטפל צורך זה. בהשוואה של טכניקות ייצור מוליכים למחצה מסורתי19, הגישה שהוצגו במאמר זה היא מובנית חייט להתפתחות של התקנים בקנה מידה קטן אשר צריך יותר תשומת לב מבחינת מציאת המיקום של החומר. מטרת שיטה זו היא אמינה לפברק 2D nanomaterial התקנים, כגון טרנזיסטורים ממותגת הגב 2D ו- Q-HBTs, באמצעות תהליכי ייצור רגיל. זה יכול לשמש כפלטפורמה התפתחויות עתידיות nanodevice היא סוללת את הדרך לעבר הייצור של מכשירי עתידית מתקדמים בקנה מידה ננו.
במקטע שתמשיך, תהליכי ייצור עבור מכשירים מבוססי-חומרים דו-מימדית. כלומר, Q-ואירוקוי וטרנזיסטור ממותגת הגב 2D נדונים בפירוט. אלקטרון קרן המתבנת בשילוב עם מיקום גשמי נחישות, אלקטרודת מתכת הגדרה כוללת את הפרוטוקול מאז הם נדרשים שני התהליכים שהוזכרו. חלק 1 דן התהליך שלב אחר שלב ייצור של Q-HBTs20; חלק 2 מדגים גישה אוניברסלית כדי להשיג אדים כימיים התצהיר (CVD) ומוליבדן דיסולפידי (MoS2) טרנזיסטורים ממותגת הגב של העברה עד ההמראה21, אשר הוכח לחלוטין במאמר. זרימת התהליך מפורט מודגם (איור 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
במאמר זה, מודגמות ההליכים מפורט של בדיית אלקטרוניקה חדשניים המבוססים על חומרים 2D בקנה מידה ננומטר. מאז ההליכים הכנה מדגם של כל יישום יש הבדלים אחד עם השני, התהליכים חופף טופלו כמו הפרוטוקול. אלקטרון קרן המתבנת בשילוב עם מיקום גשמי נחישות, אלקטרודת מתכת הגדרת ובכך משמשת הפרוטוקול פה. בין שנ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי המועצה הלאומית למדע, טייוואן תחת חוזה לא. רוב 105-2112-M-003-016-MY3. עבודה זו גם נתמך בחלקה על ידי מעבדות הלאומית של המכשיר ננו ו e-קרן מעבדה בהנדסת חשמל של האוניברסיטה הלאומית של טייוואן.
Materials
| E-gun Evaporator | AST | PEVA 600I | |
| Au slug, 99.99% | Well-Being Enterprise Co | N/A | |
| Ti slug, 99.99% | Well-Being Enterprise Co | N/A | |
| E-beam Lithography System | Elionix | ELS7500-EX | |
| Cold Wall CVD System | Sulfur Science | SCW600S | |
| C-plane Sapphire substrate | Summit-Tech | X171999 | (0001) ± 0.2 ° one side polished |
| 100 nm SiO2/Si | Fabricated in NDL | ||
| Ammonia Solution | BASF | Ammonia Solution 28% Selectipur | |
| Molybdenum (Mo), 99.95% | Summit-Tech | N/A | |
| Tungsten (W), 99.95% | Summit-Tech | N/A | |
| Sulfur (S), 99.5% | Sigma-Aldrich | 13803 | |
| Polymethyl Methacrylate (PMMA) | Microchem | 8110788 | Use for transfer process |
| Spin Coater | Laurell | WS 400B 6NPP LITE | |
| Acetone | BASF | Acetone EL Selectipur | |
| Isopropanol (IPA) | BASF | 2-Propanol UPS | |
| Photo Resist for EBL | TOK | TDUR-P-015 | |
| Plasma Cleaner | Harrick Plasma | PDC-32G | Oxygen plasma |
References
- Kim, Y. B. Challenges for Nanoscale MOSFETs and Emerging Nanoelectronics. Transactions on Electrical and Electronic Materials. 11 (3), 93-105 (2010).
- Waldrop, M. M. The chips are down for Moore’s law. Nature. 530 (7589), 144-147 (2016).
- Lan, Y. W., Chang, W. H., et al. Effects of oxygen bonding on defective semiconducting and metallic single-walled carbon nanotube bundles. Carbon. 50 (12), 4619-4627 (2012).
- Lan, Y. W., Aravind, K., Wu, C. S., Kuan, C. H., Chang-Liao, K. S., Chen, C. D. Interplay of spin-orbit coupling and Zeeman effect probed by Kondo resonance in a carbon nanotube quantum dot. Carbon. 50 (10), 3748-3752 (2012).
- Lan, Y. W., Nguyen, L. N., Lai, S. J., Lin, M. C., Kuan, C. H., Chen, C. D. Identification of embedded charge defects in suspended silicon nanowires using a carbon-nanotube cantilever gate. Applied Physics Letters. 99 (5), (2011).
- De Volder, M. F. L., Tawfick, S. H., Baughman, R. H., Hart, A. J. Carbon nanotubes: present and future commercial applications. Science (New York, N.Y.). 339 (6119), 535-539 (2013).
- Eatemadi, A., Daraee, H., et al. Carbon nanotubes: Properties, synthesis, purification, and medical applications. Nanoscale Research Letters. 9 (1), 1-13 (2014).
- Lan, Y. W., Chang, W. H., et al. Polymer-free patterning of graphene at sub-10-nm scale by low-energy repetitive electron beam. Small. 10 (22), 4778-4784 (2014).
- Romero, M. F., Bosca, A., et al. Impact of 2D-Graphene on SiN Passivated AlGaN/GaN MIS-HEMTs Under Mist Exposure. IEEE Electron Device Letters. 38 (10), 1441-1444 (2017).
- Blaschke, B. M., Tort-Colet, N., et al. Mapping brain activity with flexible graphene micro-transistors. 2D Materials. 4 (2), 25040 (2017).
- Zhu, Z., Murtaza, I., Meng, H., Huang, W. Thin film transistors based on two dimensional graphene and graphene/semiconductor heterojunctions. RSC Advances. 7 (28), 17387-17397 (2017).
- Kim, S. J., Choi, K., Lee, B., Kim, Y., Hong, B. H. Materials for Flexible, Stretchable Electronics: Graphene and 2D Materials. Annual Review of Materials Research. 45 (1), 63-84 (2015).
- Manzeli, S., Ovchinnikov, D., Pasquier, D., Yazyev, O. V., Kis, A. 2D transition metal dichalcogenides. Nature Reviews Materials. 2, (2017).
- Kolobov, A. V., Tominaga, J. . Emerging Applications of 2D TMDCs. 239, 473-512 (2016).
- Nguyen, L. N., Lan, Y. W., et al. Resonant tunneling through discrete quantum states in stacked atomic-layered MoS2. Nano Letters. 14 (5), 2381-2386 (2014).
- Torres, C. M., Lan, Y. W., et al. High-Current Gain Two-Dimensional MoS2-Base Hot-Electron Transistors. Nano Letters. 15 (12), 7905-7912 (2015).
- Jariwala, D., Sangwan, V. K., Lauhon, L. J., Marks, T. J., Hersam, M. C. Emerging Device Applications for Semiconducting Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides. ACS Nano. 8 (2), 1102-1120 (2014).
- Choi, W., Choudhary, N., Han, G. H., Park, J., Akinwande, D., Lee, Y. H. Recent development of two-dimensional transition metal dichalcogenides and their applications. Materials Today. 20 (3), 116-130 (2017).
- Xiao, H. . Introduction to Semiconductor Manufacturing Technology, Second Edition. , (2012).
- Lin, C. Y., Zhu, X., et al. Atomic-Monolayer Two-Dimensional Lateral Quasi-Heterojunction Bipolar Transistors with Resonant Tunneling Phenomenon. ACS Nano. 11 (11), 11015-11023 (2017).
- Qi, J., Lan, Y. W., et al. Piezoelectric effect in chemical vapour deposition-grown atomic-monolayer triangular molybdenum disulfide piezotronics. Nature Communications. 6, (2015).
