Ohmsche Kontakt Fabrication unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahl-Technik und Elektrische Charakterisierung für Layer-Halbleiter-Nanostrukturen

Übergang Metalldichalcogenide (TMD), wie MoS _2, MoSe _2, WS _{2 und} WSe _2, haben eine interessante zweidimensionale (2D) Schichtstruktur und Halbleitereigenschaften ^1-3. Forscher haben kürzlich entdeckt, dass die Monostruktur von MoS _{2 zeigt eine} wesentlich verbesserte Effizienz der Lichtemission aufgrund der Quantenbegrenzungseffekt. Die Feststellung des neuen direkten Bandlücke-Halbleitermaterial hat erhebliche Aufmerksamkeit ^4-7 angezogen. Darüber hinaus ist die leicht abgestreift Schichtstruktur der TMDs eine hervorragende Plattform für die Untersuchung der grundlegenden Eigenschaften von 2D-Materialien. Im Gegensatz zu metallischen Graphen ohne die Bandlücke haben Schwingungstilger inhärent halbleitende Eigenschaften und eine Bandlücke im Bereich von 1-2 eV ^1,3,8. Die 2D-Strukturen der ternäre Verbindungen TMDS ^{9 und der} Möglichkeit einer Integration dieser Verbindungen mit Graphen stellen eine beispiellose opportunity um ultradünne und flexible elektronische Geräte zu entwickeln.

Im Gegensatz zu Graphen, sind die Raumtemperatur Elektronenbeweglichkeit Werte der 2D TMDs in mäßiger Lautstärke (1-200 ^cm 2 V ^{– 1 s – 1} für MoS _{^Februar 10-17,} ca. 50 ^cm 2 V ^{– 1 s – 1} für Mose ₂ ¹⁸ ). Die optimale Bewegungswerte von Graphen ist berichtet worden, höher als 10.000 ^cm 2 V ^{– 1 Sek.} – ^{19-21 Januar} Dennoch halb TMD Monoschichten weisen eine ausgezeichnete Leistung der Vorrichtung. Zum Beispiel können die MoS _{2 und} MoSe ₂ Monolagen oder Multilayer-Feldeffekttransistoren zeigen extrem hohe Ein- / Aus-Verhältnisse von bis zu ¹⁰ 6 bis 10 ^{9 10,12,17,18,22.} Daher ist es von entscheidender Bedeutung, um die grundlegenden elektrischen Eigenschaften der 2D TMDs und zu verstehen, dieir Schüttgut.

Jedoch Untersuchungen der elektrischen Eigenschaften der Schichtmaterialien wurden teilweise aufgrund der Schwierigkeit bei der Bildung von guten ohmschen Kontakt auf der Schicht Kristalle behindert. Drei Ansätze, Schattenmaskenabscheidung ^(SMD) 23, Elektronenstrahllithographie (EBL) ^24,25 und fokussierten Ionenstrahl (FIB) Abscheidung ^26,27 verwendet worden, um elektrische Kontakte an Nanomaterialien zu bilden. Da SMD beinhaltet typischerweise die Verwendung einer Kupfergitter als Maske, der Abstand zwischen zwei Kontaktelektroden zumeist mehr als 10 um. Im Gegensatz EBL und FIB Abscheidung, Metallabscheidung von Elektroden-Arrays auf einem Substrat ohne Targeting oder Auswählen Nanomaterialien von Interesse in dem SMD-Verfahren durchgeführt. Dieser Ansatz kann nicht garantieren, dass die Metallmuster korrekt auf einzelne Nano als Elektroden abgeschieden. Das Ergebnis der SMD Methode hat ein Element des Zufalls. Die EBL und FIB Abscheidungsverfahren sind in der verwendeteRasterelektronenmikroskopsystem (SEM); Nanomaterialien können direkt beobachtet und für Elektrodenabscheidung gewählt werden. Zusätzlich kann EBL verwendet, um einfach zu fertigen Metallelektroden mit einer Linienbreite und einem Kontaktelektrodenabstand kleiner als 100 nm ist. Das restliche Resist jedoch auf der Oberfläche während der Nanolithographie unweigerlich zur Bildung einer isolierenden Schicht zwischen der Metallelektrode und des Nanomaterials überlassen. Somit führt EBL hohen Kontaktwiderstand.

Der Hauptvorteil der Elektrodenherstellung durch FIB Abscheidung ist, dass es um einen geringen Kontaktwiderstand führt. Weil Metallabscheidung wird durch die Zersetzung einer metallorganischen Vorläufers durch Verwendung eines Ionenstrahls auf den definierten Bereich durchgeführt wird, eine Metallabscheidung und Ionenbeschuss gleichzeitig auftreten. Dies könnte das Metall-Halbleiter-Grenzfläche zerstört und die Bildung von Schottky-Kontakt. Ionenbeschuß können Oberflächenverunreinigungen, wie beispielsweise Kohlenwasser beseitigenbons und native Oxide, die Kontaktwiderstand verringert. Ohmsche Kontaktherstellung durch FIB Abscheidung wurde für verschiedene Nanomaterialien ^27-29 nachgewiesen. Darüber hinaus ist das gesamte Herstellungsverfahren in der FIB Abscheidungs ​​Ansatz einfacher ist als die in EBL.

Wie Schichthalbleiter zeigen typischerweise stark anisotropen elektrischen Leitfähigkeit ist die Leitfähigkeit in der Schicht-zu-Schicht-Richtung mehrere Größenordnungen niedriger als der in der in der Ebene liegenden Richtung ^30,31. Dieses Merkmal erhöht die Schwierigkeit der Herstellung ohmscher Kontakte und zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit. Daher wird in dieser Studie FIB Abscheidung wurde für die Untersuchung der elektrischen Eigenschaften der Schicht Halbleiternanostrukturen eingesetzt.