Contact ohmique fabrication utilisant une technique Focused Ion Beam-et caractérisation électrique pour la couche semi-conducteurs Nanostructures

Dichalcogénures de métaux de transition (TMD), tels que _MoS2, MoSe _2, WS _2, et WSe _2, ont une à deux dimensions (2D) structure de la couche intéressant et propriétés semi-conductrices ^1-3. Les scientifiques ont récemment découvert que la structure monocouche de MoS _{2 présente} une efficacité d'émission de lumière sensiblement améliorée en raison de l'effet de confinement quantique. La conclusion de la nouvelle matériau semi-conducteur directe bande interdite a attiré une attention considérable ^4-7. En outre, la structure de la couche facilement dépouillé de DMT est une excellente plateforme pour étudier les propriétés fondamentales de matériaux 2D. Contrairement graphène métallique sans la bande interdite, DMT semi-conductrices ont des caractéristiques inhérentes et ont une largeur de bande interdite dans la plage de 2.1 eV ^1,3,8. Les structures 2D des composés ternaires de TMD ⁹ et la possibilité de l'intégration de ces composés avec graphène fournissent une opp sans précédentortunity de développer des dispositifs électroniques ultra-minces et flexibles.

Contrairement graphène, les valeurs de mobilité d'électrons de la température ambiante de 2D DMT sont à un niveau modéré (1-200 cm ² V ^{– 1 sec – 1 pour} AdM _{¹⁰ au 17 février;} environ 50 cm ² V ^{– 1 sec – 1 pour} MoSe ₂ ¹⁸ ). Les valeurs de mobilité optimales de graphène ont été signalés à être plus élevé que 10 000 cm ² V ^{– 1 sec -. 19 au 21 jan} Néanmoins, monocouches TMD semi-conducteurs présentent une excellente performance de l'appareil. Par exemple, les autoroutes de la mer _{2 et} MoSe ₂ monocouches ou multicouches transistors à effet de champ exposition extrêmement élevés on / off rapports, jusqu'à 10 ⁶ -10 ^{9 10,12,17,18,22.} Par conséquent, il est crucial de comprendre les propriétés électriques fondamentaux de la 2D et de la CMTmatériaux en vrac IR.

Toutefois, des études sur les propriétés électriques des matériaux de couche ont été partiellement entravée en raison de la difficulté de la formation d'un contact ohmique sur une bonne les cristaux de la couche. Trois approches, dépôt de masque d'ombre (SMD) ^23, la lithographie par faisceau d'électrons (EBL) ^24,25, et axée sur un faisceau d'ions (FIB) dépôt, ^26,27 ont été utilisés pour former des contacts électriques sur les nanomatériaux. Parce SMD implique généralement l'utilisation d'une grille de cuivre en tant que masque, l'espacement entre deux électrodes de contact est le plus souvent supérieure à 10 um. Contrairement EBL FIB et le dépôt, le dépôt de métal de réseaux d'électrodes sur un substrat est effectuée sans ciblage ou la sélection de nanomatériaux d'intérêt de la méthode SMD. Cette approche ne peut garantir que les motifs métalliques sont correctement déposés sur les nanomatériaux individuels comme les électrodes. Le résultat de la méthode SMD comporte un élément de hasard. Les procédés de dépôt et EBL FIB sont utilisés dans lemicroscope électronique à balayage du système (SEM); nanomatériaux peuvent être directement observées et sélectionnés pour le dépôt de l'électrode. En outre, EBL peut être facilement utilisé pour fabriquer des électrodes métalliques avec une largeur de ligne et une électrode de contact d'espacement plus petite que 100 nm. Cependant, le résidu résist sur la surface du nanomatériau à gauche pendant lithographie conduit inévitablement à la formation d'une couche isolante entre l'électrode métallique et le nanomatériau. Ainsi, EBL conduit à une résistance de contact élevée.

L'avantage principal de fabrication de l'électrode par dépôt FIB est qu'elle conduit à une résistance de contact faible. Étant donné que le dépôt de métal est effectuée par la décomposition d'un précurseur organométallique à l'aide d'un faisceau ionique à la zone définie, le dépôt de métal et de bombardement ionique se produisent simultanément. Cela pourrait détruire l'interface métal-semiconducteur et empêcher la formation de contact de Schottky. Bombardement ionique peut également éliminer les contaminants de surface tels que HydrocarBons et oxydes natifs, ce qui diminue la résistance de contact. Fabrication de contact ohmique par dépôt FIB a été démontrée pour différents nanomatériaux ^27-29. En outre, l'ensemble du procédé de fabrication dans l'approche de déposition FIB est plus simple que celui EBL.

Comme les semi-conducteurs de couches présentent généralement une conduction électrique anisotrope fortement, la conductivité dans la direction couche à couche est de plusieurs ordres de grandeur inférieure à celle dans la direction dans le plan ^30,31. Cette caractéristique accroît la difficulté de fabrication de contacts ohmiques et la détermination de la conductivité électrique. Par conséquent, dans cette étude, un dépôt FIB a été utilisé pour étudier les propriétés électriques de la couche de nanostructures de semi-conducteurs.