오믹 접촉 제조 집중 이온 빔 기술 및 전기 특성 계층 반도체 나노 구조를 위해 사용
Summary
We describe the approaches for the device fabrication and electrical characterization of molybdenum diselenide (MoSe2) layer semiconductor nanostructures with different thicknesses. In addition, the fabrication of ohmic contacts for MoSe2-layer nanocrystals by the focused-ion beam deposition method using platinum (Pt) as a contact metal is described.
Abstract
가공이 쉬운 2 차원 구조를 갖는 층 반도체는 차세대 초박형 유연한 광자 및 전자 디바이스의 개발에 대한 새로운 방향을 제시 간접 투 직접 밴드 갭 전환 및 우수한 트랜지스터 성능을 나타낸다. 향상된 발광 양자 효율이 원자 적으로 널리 얇은 2D 결정에서 관찰되었다. 그러나, 양자 구속 두께 이후 또는 심지어 마이크로 미터 스케일의 치수 효과가 기대되지 않고, 거의 관찰되지 않았다. 이 연구에서, 몰리브덴 diselenide (모스 2) 2 차원 또는 4 단자 소자로서 제작 하였다 6-2,700 nm의 두께의 범위로 결정 층을 포함한다. 오믹 접촉 형성이 성공적 콘택트 금속으로서 백금 (백금)를 사용하여 집속 이온 빔 (FIB) 퇴적 법에 의해 달성되었다. 다양한 두께와 레이어 결정 다이 싱 테이프를 사용하여 간단한 기계적인 각질 제거를 통해 제조 하였다. 전류 – 전압 곡선 measuremenTS는 나노 결정 층의 전도도 값을 결정하기 위해 수행되었다. 또, 고분해능 투과형 전자 현미경은, 선택된 영역의 전자 회절, 및 에너지 분산 형 X 선 분광법 FIB-제조 모스 2 장치의 금속 – 반도체 콘택의 계면의 특성을 이용 하였다. 방법을 적용한 후, 모스 2 -layer 반도체 용 넓은 두께 범위에서 실질적인 두께 의존성 전기 전도도가 관찰되었다. 2,700에서 6 nm의 두께의 감소와 함께 – 1 1cm – 전도도는 1500 Ω 4.6에서 크기의 두 개의 원 이상 구매시 증가했다. 또한, 온도 의존성 전도성 얇은 모스 2 다층막은 벌크들 (36-38 meV 인)보다 상당히 작다 meV 인 3.5에서 8.5 사이의 활성화 에너지, 상당히 약한 반도체 성 거동을 나타내 것으로 나타났다. ProbaBLE면 지배적 수송 특성 및 모스 2 고 표면 전자 농도의 존재가 제안되어있다. 유사한 결과가도 2 및 MOS 등 WS 2 층과 같은 다른 반도체 재료를 얻을 수있다.
Introduction
이러한 MOS 2 모스 2, WS 2, WSE 2 같은 전이 금속 dichalcogenides (TMDS)은, 관심 2 차원 층상 구조 및 반도체 특성을 가지고 1-3. 최근에 과학자들은 MOS (2)의 단층 구조로 인해 양자 구속 효과에 실질적으로 향상된 발광 효율을 나타낸다는 것을 발견했다. 새로운 다이렉트 밴드 갭 반도체 재료의 발견은 상당한 관심을 끌고있다 4-7. 또한, TMDS의 쉽게 박리 층 구조는 2D 물질의 기본적인 성질을 연구하기위한 우수한 플랫폼이다. 밴드 갭이없는 금속 그라 달리 TMDS 내재 반도체 특성을 가지고, 1-2 1,3,8 eV의 범위의 밴드 갭을 갖는다. TMDS 9의 삼원 계 화합물 및 그래 핀과 이들 화합물의 통합 가능성 차원 구조를 제공하는 전례 OPPortunity은 초박형 및 유연한 전자 장치를 개발.
모세 2 18 – 1 약 50cm 2 V – 1 초 – 1 초 – 1 MOS 2월 10일부터 17일까지을위한 그래 핀과는 달리, 2D TMDS의 실온 전자 이동도 값은 중간 수준 (1~200센티미터 2 V에있다 ). 1 초 – -. 1 19-21 그럼에도 반도체 TMD 단층이 우수한 소자 성능을 나타낼 그래 핀의 이동도 최적 값은 높은 10,000cm 2 V보다 것으로보고되었다. 예를 들어, 10 (6) -10 (9) 10,12,17,18,22까지 온 / 오프 비율에 매우 높은 모스 2 모스 2 단층 또는 다층 전계 효과 트랜지스터 전시. 따라서, 2D 및 TMDS의 기본적인 전기적 특성을 이해하는 것이 중요IR 대량 재료.
그러나, 층의 물질의 전기적 성질의 연구가 부분적으로 인해 결정 층에 양호한 오믹 접촉을 형성하는데 어려움 방해되었다. 세 가지 방법, 새도우 마스크 증착 (SMD) (23), 전자빔 리소그래피 (EBL) (24, 25), 및 초점 이온 빔 (FIB) 증착은, (26, 27)은 나노 물질에 전기 접점을 형성하기 위해 사용되어왔다. SMD는 일반적으로 마스크로서 구리 그리드의 사용을 포함하기 때문에, 두 개의 접촉 전극 사이의 간격은 10 ㎛의보다 거의 더 크다. EBL 및 FIB 증착 달리 기판상의 전극 어레이의 금속 증착 또는 타겟팅 SMD 방식에 대한 관심의 나노 물질을 선택하지 않고 수행된다. 이 방법은 금속 패턴이 정확하게 개별 나노 전극 상에 증착되는 것을 보장 할 수 없다. SMD 방식의 결과는 기회의 요소를 갖는다. EBL과 FIB 증착 방법에 사용되는주사 전자 현미경 (SEM) 시스템; 나노는 직접 관찰 전극 증착을 위해 선택 될 수있다. 또한 EBL 용이 선폭 100nm보다 작은 간격 접촉 전극과 금속 전극을 제조하는데 사용될 수있다. 그러나, 잔류 리소그래피 불가피 금속 전극과 나노 물질 사이에 절연 층의 형성을 초래하는 동안 남아 나노 물질 표면에 레지스트. 따라서, EBL은 높은 접촉 저항을 이끈다.
FIB 증착 관통 전극 제조의 가장 큰 장점은 낮은 접촉 저항을 초래한다는 것이다. 금속 증착이 한정된 영역에서의 이온 빔을 이용하여 유기 금속 전구체의 분해에 의해 수행되므로, 금속 증착 및 이온 충격이 동시에 발생한다. 이것은 금속 반도체 인터페이스를 파괴 및 쇼트 키 콘택의 형성을 방지 할 수있다. 이온 충격 또한 hydrocar 같은 표면 오염물을 제거 할 수있다접촉 저항을 감소 BONS 네이티브 산화물,. FIB 증착 오믹 접촉을 통해 제조 된 나노 물질은 다른 27-29 대해 입증되었다. 또한, FIB 증착 방법에서 전체 제조 과정 EBL에 비해 간단하다.
반도체 층은 일반적으로 고도의 이방성 전기 전도 쇼로, 층간 방향의 전도성은 면내 방향 (30, 31)에 비해 수십배 더 낮다. 이 특성은 오믹 접점을 제조하고 전기 전도도를 결정하는 어려움을 증가시킨다. 따라서, 본 연구에서, FIB 증착 층은 반도체 나노 구조의 전기적 특성을 연구 하였다.
Protocol
Representative Results
Discussion
σ 값과 상기 나노 결정 층에서의 사이즈에 대한 의존성의 정확한 결정은 전기 접점의 품질에 크게 의존한다. 금속 전극을 증착에 사용되는 FIB 증착법은 연구 내내 결정적인 역할을 하였다. 에 따른 전기적, 구조 및 조성은 백금 금속 및 모스 (2) 사이의 상기 비정질 도전 합금의 형성에 의해 촉진되었다 모스 2 MOS 2 장치에서, FIB 증착법을 이용하여, 안정적이고, 재현?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
RSC thanks the support of the National Science Council (NSC) of Taiwan under Project NSC 102-2112-M-011-001-MY3. YSH acknowledges the support of the NSC of Taiwan under Project NSC 100-2112-M-011-001-MY3.
Materials
| HRTEM&SEAD | FEI (http://www.fei.com/products/tem/tecnai-g2/?ind=MS) | Tecnai™ G2 F-20 | |
| SEM&EDS | HITACHI (http://www.hitachi-hitec.com/global/em/sem/sem_index.html) | S-3000H | |
| FIB | FEI (http://www.fei.com/products/dualbeam/versa-3d/) | Quanta 3D FEG | |
| AFM | BRUKER (http://www.bruker.com/products/surface-analysis/atomic-force-microscopy/dimension-icon/overview.html) | Dimension Icon | |
| XRD | Bruker (https://www.bruker.com/products/x-ray-diffraction-and-elemental-analysis/x-ray-diffraction/d2-phaser/learn-more.html) | D2 PHASER X-ray Diffractometer | |
| Raman | Renishaw (http://www.renishaw.com/en/renishaw-enhancing-efficiency-in-manufacturing-and-healthcare–1030) | inVia Raman microscope system | |
| Keithley-4200 | keithley (http://www.keithley.com.tw/products/dcac/currentvoltage/4200scs) | 4200scs | |
| ultralow current leakage cryogenic probe station | Lakeshore Cryotronics (http://www.lakeshore.com/) | TTP4 | |
| copper foil tape | 3M (http://solutions.3m.com/wps/portal/3M/en_US/Electronics_NA/Electronics/Products/Product_Catalog/~/3M-Copper-Foil-Shielding-Tape-1182?N=4294300025+5153906&&Nr=AND%28hrcy_id%3A8CQ27CX0WMgs_F2LMWMM6M6_N2RL3FHWVK_GPD0K8BC31gv%29&rt=d) | 1182 | |
| Ag paste | Well-Being (http://www.gredmann.com/about.htm) | MS-5000 | |
| Cu wire | Guv Team (http://www.guvteam.com) | ICUD0D01N | |
| dicing tape | Nexteck (http://www.nexteck-corp.com/tw/product-tape.html) | contact vender | |
| mica | Centenary Electronic (http://100y.diytrade.com/sdp/307600/4/pl-1175840/0.html) | T0-200 | |
| enamel wire | Light-Tech Electronics (http://www.ltc.com.tw/product_info.php/products_id/57631) | S.W.G #38 |
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