Un método estándar y fiable para la fabricación nanoelectrónica bidimensional
Summary
El artículo pretende introducir un procedimiento de fabricación estándar y fiable para el desarrollo de futura nanoelectrónica dimensional bajo.
Abstract
Dos dimensiones materiales (2D) han atraído gran atención debido a sus propiedades y posibles aplicaciones. Desde oblea escala síntesis de materiales 2D todavía está en etapas incipientes, científicos no pueden depender totalmente técnicas semiconductores tradicionales para investigaciones relacionadas. Delicados procesos de localización de los materiales a la definición de electrodo deben ser bien controladas. En este artículo, un protocolo universal de fabricación requeridos en la fabricación de electrónica a nanoescala, como 2D cuasi-heterojunction bipolar transistores (Q-HBT) y transistores de back Country 2D están demostradas. Este protocolo incluye la determinación de la posición material, litografía por haz de electrones (EBL), definición de electrodo metal, et al. También se presentan un relato paso a paso los procedimientos de fabricación de estos dispositivos. Además, los resultados muestran que cada uno de los dispositivos fabricados ha logrado alto rendimiento con alta repetibilidad. Este trabajo revela una descripción completa del flujo de proceso para la preparación de nanoelectrónica 2D, permite a los grupos de investigación acceder a esta información y allanar el camino hacia la electrónica futuro.
Introduction
Desde pasadas décadas, la humanidad ha experimentado rápido convertir el tamaño de los transistores y, en consecuencia, un aumento exponencial en el número de transistores en circuitos integrados (ICs). Esto mantiene el progreso continuo de tecnología de silicio semiconductor de óxido metálico complementario (CMOS)1. Además, esta tendencia actual en el tamaño y el funcionamiento de los dispositivos fabricados están todavía en pista con la ley de Moore, que afirma que el número de transistores en chips electrónicos, así como su rendimiento duplica aproximadamente cada dos años2. Los transistores CMOS están presentes en la mayoría, si no todos, de los dispositivos electrónicos disponibles en el mercado y por lo que es una parte integral de la vida humana. Debido a esto, hay continuas demandas para mejoras en rendimiento y tamaño de la viruta que han estado presionando a los fabricantes a seguir la pista de ley de Moore.
Desafortunadamente, la ley de Moore parece estar llegando a su fin debido a la cantidad de calor generado como más circuitería de silicio se exprime en una pequeña área2. Esto requiere nuevos tipos de materiales que pueden proporcionar el mismo, si no mejor, actuación como silicio y, al mismo tiempo, se puede implementar en una escala relativamente menor. Recientemente, nuevos materiales promisorios han sido objeto de muchas investigaciones de la ciencia de los materiales. Materiales tales como unidimensional (1D) carbono nanotubos3,4,5,6,7, grafeno 2D8,9,10, 11 , 12y metal de la transición dichalcogenides (TMDs)13,14,15,16,17,la18, son buenos candidatos que pueden ser utilizados como sustituir la CMOS basados en silicio y continuar pista de ley de Moore.
Fabricación de dispositivos de pequeña escala requiere cuidadosa determinación de la ubicación del material para proceder con éxito a las otras técnicas de fabricación tales como la definición de electrodo de metal y litografía. Por lo tanto, el método presentado en este trabajo fue diseñado para responder a esta necesidad. Comparado con la fabricación de semiconductores tradicionales técnicas19, el enfoque presentado en este trabajo es adaptar-cabido para el desarrollo de pequeños dispositivos que necesita más atención en términos de encontrar la ubicación del material. El objetivo de este método es fiable fabricar nanomateriales 2D dispositivos, tales como transistores de back Country 2D y Q-HBTs, utilizando procesos de fabricación estándar. Esto puede servir como una plataforma para desarrollos futuros nanodispositivo que allana el camino hacia la producción de nano-escala avanzada futuros dispositivos.
En la sección de procedimiento, el proceso de fabricación de dispositivos 2D materiales, a saber, el Q-HBT y 2D transistor bloqueado detrás se discute en detalle. Electrón viga patrón combinado con determinación de ubicación material y electrodos metálicos definición comprende el protocolo ya que están obligados en los dos procesos mencionados. Parte 1 discute el proceso de fabricación paso a paso de HBTs Q20; y parte 2 muestra un enfoque universal para obtener disulfuro de molibdeno (ECV) la deposición de vapor químico (MoS2) transistores cerrada detrás de la transferencia a despegue21, que se ha demostrado completamente en el artículo. Se muestra el flujo de proceso detallado (figura 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
En este artículo, se demuestran los procedimientos detallados de fabricación nueva electrónica basada en materiales 2D en escala nanométrica. Puesto que los procedimientos de preparación de muestra de cada aplicación tienen diferencias entre sí, los procesos comprometidos fueron tratados como el protocolo. Electrón viga patrón combinado con determinación de ubicación material y electrodos metálicos definición sirve así como el protocolo aquí. Entre los dos tipos de dispositivos mencionados, fueron presenta…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue financiado por el Consejo Nacional de ciencia, Taiwán bajo contrato no. MÁS 105-2112-M-003-016-MY3. Este trabajo también fue apoyado en parte por el laboratorio de la e-beam en ingeniería eléctrica de la Universidad Nacional de Taiwán y Nano dispositivo laboratorios nacionales.
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 |
Referencias
- 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).
