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Engineering

Controllo campo elettrico degli stati elettronici in nanodispositivi2 WS di elettrolita Gating

Published: April 12, 2018
doi:
10.3791/56862
, , , , , , ,
1Quantum-Phase Electronics Center (QPEC) and Department of Applied Physics,The University of Tokyo, 2Materials Sciences Division,Lawrence Berkeley National Laboratory, 3Institute of Scientific and Industrial Research,Osaka University, 4Max Planck Institute for Solid State Research, 5RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)

Summary

Qui, presentiamo un protocollo per controllare il numero di elemento portante nei solidi utilizzando l’elettrolita.

Abstract

È dimostrato un metodo di controllo del numero di elemento portante da elettrolita gating. Abbiamo ottenuto WS2 scaglie sottili con superficie atomicamente piana tramite metodo di nastro adesivo o singoli WS2 nanotubi disperdendo la sospensione di nanotubi di WS2 . I campioni selezionati sono stati fabbricati in dispositivi mediante l’uso della litografia a fascio di elettroni e dell’elettrolito è messo sui dispositivi. Abbiamo caratterizzato le proprietà elettroniche dei dispositivi sotto applicando la tensione di gate. Nella regione di tensione piccolo cancello, ioni nell’elettrolita sono accumulati sulla superficie dei campioni che conduce al grande elettrico potenziale goccia e conseguente elettrostatico vettore il doping a livello di interfaccia. Curva di trasferimento ambipolare è stato osservato in questa regione di verniciatura elettrostatica. Quando la tensione di gate è ulteriormente aumentata, abbiamo incontrato un altro drastico aumento della corrente di fonte-scarico che implica che gli ioni sono intercalati in strati di WS2 ed elettrochimica vettore doping è realizzato. In tale regione doping elettrochimica, superconduttività è stato osservato. La tecnica focalizzata fornisce una strategia potente per raggiungere la transizione di fase quantistica elettrico-archiviato-indotta.

Introduction

Controllo del numero di elemento portante è la tecnica fondamentale per realizzare la transizione di fase quantistica in solidi1. Nel transistore di effetto di campo convenzionale (FET), viene realizzato tramite uso del massello cancello1,2. In un dispositivo, pendenza potenziale elettrico è uniforme in tutto i materiali dielettrici così quel numero di vettore indotto all’interfaccia è limitato, mostrato in Figura 1a.

D’altra parte, possiamo raggiungere la più alta densità dell’elemento portante all’interfaccia o alla rinfusa, sostituendo i materiali dielettrici solidi con gel/liquidi ionici o polimero elettroliti3,4,5,6, 7,8,9,10,11 (Figura 1b). L’antidoping elettrostatica per uso del liquido ionico, struttura di transistor (EDLT) doppio strato elettrico è formata all’interfaccia tra liquido ionico e campione, generando forte campo elettrico (> 0,5 V/Å) anche a bassa tensione di polarizzazione. Densità risultante dell’elemento portante alta (> 1014 cm-2) indotto alla causa13 interfaccia10,12,il romanzo transizione di fase quantistica o proprietà elettronica come elettrico-campo-induced ferromagnetismo14, blocco di Coulomb15, trasporto ambipolare16,17,18,19,20, 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27, formazione della giunzione p-n e risultante electroluminance28,29,30, grande modulazione di poteri termoelettrico31,32, onda di densità di carica e Mott transizioni33,34,35, e indotta da elettrico-campo isolante-metallo di transizione36,37 compresi superconduttività elettrica-campo-induced9 ,10,11,38,39,40,41,42,43,44 ,45,46,47,48,49.

Nel gating di elettrolita (Figura 1C), gli ioni non vengono accumulati solo all’interfaccia per formare EDLT, ma possono anche essere intercalati in strati di materiali bidimensionale tramite diffusione termica senza dannoso campione nell’ambito di applicazione della tensione di grande cancello, che conduce l’elettrochimica doping8,9,11,34,38,50,51,52,53 . Così, possiamo cambiare drasticamente il numero di elemento portante rispetto al transistor di effetto di campo convenzionale utilizzando il cancello solido. In particolare, la superconduttività indotta da elettrico-campo9,11,34,38,50 è realizzato mediante uso di elettrolita gating nella regione di vettori di grandi dimensioni numero dove non possiamo accedere secondo il metodo convenzionale di gating solido.

In questo articolo, vi presentiamo questa tecnica unica di controllo del numero di elemento portante nei solidi e panoramica del funzionamento di transistor e superconduttività elettrica-campo-indotta in semiconduttori WS2 campioni come WS2 fiocchi e WS2 nanotubi54,55,56,57.

Protocol

1. la dispersione di WS 2 nanotubi (NTs) su substrato Disperdere polveri2 NT WS in alcool isopropilico (IPA, concentrazione più del 99,8%) con rapporto adeguato diluito (circa 0,1 mg/mL) di sonicazione per 20 min.Nota: La sonicazione da sempre aiuta a rendere WS2 NTs giunche uniformemente sospesi in un liquido di IPA e separata ben formato singoli WS2 NTs da amorfo WS2 o altri, come pure per rimuovere la spazzatura accumulando sul WS2 NTs su…

Representative Results

Le operazioni di transistor tipico di un singolo WS2 NT e un dispositivi di fiocco2 WS sono mostrate in Figura 3a e 3b, rispettivamente, dove la fonte corrente (hoDS) del drenaggio in funzione della tensione di gate (V G) ben opera in una modalità ambipolare, mostrando un notevole contrasto con la risposta di cancello unipolare di FET gated solido convenzionale nella precedente p…

Discussion

In WS2 NTs e fiocchi, abbiamo controllato con successo le proprietà elettriche di elettrostatica o electro chemical carrier doping.

Nella regione di doping elettrostatica, operazione ambipolare transistor è stato osservato. Tale curva di trasferimento ambipolare con un alto rapporto di accensione e spegnimento del rilevatore (> 102) osservati in Bassa polarizzazione di tensione indica il vettore efficace il doping a livello di interfaccia di tecnica gating elettrolito p…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Riconosciamo che il supporto per l’esercizio successivo; Sovvenzione per promosso specialmente ricerca (No. 25000003) da JSPS, sovvenzione per ricercare attività start-up (No.15H06133) e impegnativa ricerca (sperimentale) (No. JP17K18748) da MEXT del Giappone.

Materials

Sonication machine SND Co., Ltd. US-2 http://www.senjyou.jp/
Spin-coater machine ACTIVE Co.,Ltd. ACT-300AII http://www.acti-ve.co.jp/spincoater/standard/act300a2.html
Hot-plate TAIYO HP131224 http://www.taiyo-kabu.co.jp/products/detail.php?product_id=431
Optical Microscopy OLYMPUS BX51 https://www.olympus-ims.com/ja/microscope/bx51p/
Electron Beam Lithography machine ELIONIX INC. ELS-7500I https://www.elionix.co.jp/index.html
Scribing machine TOKYO SEIMITSU CO., LTD. A-WS-100A http://www.accretech.jp/english/product/semicon/wms/aws100s.html
Wire-bonding machine WEST·BOND  7476D-79 https://www.hisol.jp/products/bonder/wire/mgb/b.html
Physical Properties Measurement System Quantum Design PPMS http://www.qdusa.com/products/ppms.html
Lock-in amplifier Stanford Research Systems SRS830 http://www.thinksrs.com/products/SR810830.htm
Source meter Textronix KEITHLEY 2612A http://www.tek.com/keithley-source-measure-units/smu-2600b-series-sourcemeter
KClO4 Sigma-Aldrich 241830 http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigald/241830?lang=ja&region=JP
PEG WAKO 168-09075 http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspCode=W01W0116-0907
IPA WAKO 169-28121 http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspWkfcode=169-28121
MIBK WAKO 131-05645 http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspCode=W01W0113-0564
PMMA MicroChem PMMA http://microchem.com/Prod-PMMA.htm
Acetone WAKO 012-26821 http://www.siyaku.com/uh/Shs.do?dspWkfcode=012-26821
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Qin, F., Ideue, T., Shi, W., Zhang, Y., Suzuki, R., Yoshida, M., Saito, Y., Iwasa, Y. Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating. J. Vis. Exp. (134), e56862, doi:10.3791/56862 (2018).
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