Ohmse Contact Fabrication Met behulp van een Focused-Ion Beam Techniek en elektrische karakterisatie voor Layer halfgeleider nanostructuren

Transition metal dichalcogenides (TMD), zoals _MoS2, mose _2, WS ₂ en WSE _2, een interessant tweedimensionale (2D) laagstructuur en halfgeleidende eigenschappen ^1-3. Wetenschappers hebben onlangs ontdekt dat de monolaag structuur van MoS ₂ toont een aanzienlijk meer lichtemitterende efficiëntie vanwege de kwantumopsluiting effect. De vondst van het nieuwe directe bandgap halfgeleidermateriaal heeft aanzienlijke aandacht trok ^4-7. Bovendien, het gemakkelijk ontdaan laagstructuur van TMD een uitstekend platform voor het bestuderen van de fundamentele eigenschappen van 2D materialen. Unlike metallic grafeen zonder bandgap, TMD hebben inherente halfgeleidende eigenschappen en een bandgap in het gebied van 1-2 eV ^1.3.8. De 2D-structuur van het ternaire verbindingen TMD ⁹ en de mogelijkheid van integratie van deze verbindingen met grafeen bieden een ongekende opportunity aan ultradunne en flexibele elektronische apparaten te ontwikkelen.

In tegenstelling tot grafeen, de kamertemperatuur elektronenmobiliteit waarden van 2D TMD zijn op een gematigd niveau (1-200 cm ^{2 V} – ¹ sec ^{– 1} voor MoS _{^10-17 februari,} ongeveer 50 cm ^{2 V} – ¹ sec ^{– 1} voor Mose ₂ ¹⁸ ). De optimale waarden van grafeen mobiliteit werden gemeld hoger zijn dan 10.000 cm ² V ^{– 1 sec. – 1 19-21} Niettemin halfgeleidende TMD monolagen vertonen een uitstekende prestatie van het apparaat. Bijvoorbeeld, de MoS _{2 en} Mose ₂ monolagen of multilayer field-effect transistors vertonen extreem hoog aan / uit-verhoudingen, tot 10 ⁶ -10 ^{9 10,12,17,18,22.} Daarom is het cruciaal om de fundamentele elektrische eigenschappen van de 2D TMD en begrijpenir bulk materialen.

Studies van de elektrische eigenschappen van de laag materialen zijn gedeeltelijk belemmerd vanwege de moeilijkheid in het vormen van goede ohmse contacten op de laag kristallen. Drie benaderingen, schaduw masker depositie (SMD) ^23, electron beam lithografie (EBL) ^24,25, en gericht ion beam (FIB) depositie, zijn ^26,27 gebruikt om elektrische contactpunten op nanomaterialen vormen. Omdat SMD omvat gewoonlijk het gebruik van een koperen rooster als masker, de afstand tussen twee contactelektroden meestal groter dan 10 urn. In tegenstelling tot de EBL en FIB depositie, metaal depositie van elektrode arrays op een substraat wordt uitgevoerd zonder targeting of het selecteren van nanomaterialen van belang in de SMD-methode. Deze benadering kan niet garanderen dat de metalen patronen kunnen worden afgezet op individuele nanomaterialen als elektroden. Het resultaat van de SMD methode heeft een element van toeval. De EBL en FIB depositiemethoden worden gebruikt in descanning elektronenmicroscoop (SEM) systeem; nanomaterialen kan direct worden geobserveerd en geselecteerd elektrode afzetting. Bovendien kunnen EBL worden gebruikt om eenvoudig te fabriceren metalen elektroden met een lijnbreedte en een contactelektrode spatiëring kleiner dan 100 nm. De overblijvende resist op het nanomateriaal oppervlak gelaten tijdens lithografie onvermijdelijk resulteert in de vorming van een isolerende laag tussen de metalen elektrode en het nanomateriaal. Zo EBL leidt tot hoge contact weerstand.

Het belangrijkste voordeel van de elektrode fabricage tot FIB depositie is dat dit leidt tot lage contactweerstand. Omdat metaalafzetting wordt uitgevoerd door de ontleding van een organometaalvoorloper met een ionenbundel met de gedefinieerde ruimte, metaal depositie ionenbombardement gelijktijdig optreden. Dit zou de metaal-halfgeleider-interface vernietigen en voorkomen de vorming van Schottky contact. Ionenbombardement kan ook verontreinigingen zoals Hydrocar eliminerenbons en inheemse oxides, die contact weerstand afneemt. Ohmse contact fabricage door middel van FIB afzetting is aangetoond voor verschillende nanomaterialen ^27-29. Bovendien is de gehele fabricageprocedure in de FIB depositie benadering is eenvoudiger dan in EBL.

Zoals layer halfgeleiders vertonen kenmerkend sterk anisotrope elektrische geleiding, de geleidbaarheid van de laag-tot-laag richting enkele orden van grootte lager dan in de richting ^30,31 in het vlak. Deze eigenschap verhoogt de moeilijkheid van het vervaardigen ohmse contacten en het bepalen van de elektrische geleidbaarheid. Daarom is in deze studie werd FIB afzetting gebruikt voor het bestuderen van de elektrische eigenschappen van de laag halfgeleider nanostructuren.