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Engineering

電解質ゲートによって WS2ナノデバイスにおける電子状態の電界制御

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

ここでは、電解質を用いた固体キャリア数を制御するためのプロトコルを提案する.

Abstract

電解質ゲートによるキャリア数制御の方法が示されています。我々 は、WS2カーボンナノ チューブの懸濁液を分散させることによってセロハン テープ法や個々 の WS2カーボンナノ チューブを介して原子レベルで平坦で薄いフレーク WS2を取得しています。電子ビーム露光を用いてデバイスに選択したサンプル作製し、デバイスに電解質を置きます。ゲート電圧を印加素子の電子特性を特徴付けた。微小なゲート電圧領域における電解質中のイオンは、大きい電気潜在的なドロップと結果電界効果キャリア ドーピング界面につながるサンプルの表面に蓄積されます。両極性の伝達曲線は、この静電ドーピング地域で観察されています。ゲート電圧がさらに拡大、イオンは WS2層に挟在し、電気化学的ドーピングの実現を意味するソース ・ ドレイン間の電流の別の急激な増加に会った。このような電気化学的ドーピング地域で超伝導が観測されています。フォーカスの手法は、電気に提出誘起量子相転移を達成するための強力な戦略を提供します。

Introduction

キャリア数の制御は、固体1の量子相転移を実現する重要な技術です。従来の電界効果トランジスタ (FET)、それは強固な門1,2の使用によって実現されます。このようなデバイスの電位勾配は誘電体全体に均一界面誘起キャリア数が限られた、図 1 aに示されているように。

その一方で、イオン性ゲル/液体や高分子電解質3,4,5,6、固体誘電体材料に置き換えてインターフェイスまたは一括で高いキャリア密度を実現します 7,8,9,,1011 (図 1 b)。イオン液体を用いた静電ドーピングで電気二重層トランジスタ (EDLT) の構造は強い電界を生成するサンプルとイオン液体界面に形成される (> 0.5 V/Å) 低電圧でも。結果高いキャリア濃度 (> 1014 cm-2) 小説電子プロパティまたは量子相転移などインターフェイス10,12,13原因で誘発電気磁場誘起強磁性14、クーロン ・ ブロッケード15、両極輸送16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27、p-n 接合の結果 electroluminance28,29,30、熱電力31,32、大変調形成電荷密度波とモット転移33,34,35, と電気磁場誘起絶縁体-金属転移36,37電気磁場誘起超伝導9 を含む ,,1011,38,39,40,41,42,43,44 ,45,46,47,48,49。

電解質、ゲートの開閉 (図 1 c) イオン フォーム EDLT へのインタ フェースでのみ蓄積しないがダメージを与えるサンプル大きいゲート電圧を印加することがなく熱拡散による二次元材料の層にも挟むことができます。電気化学的ドーピング8,9,11,34,38,50,51,52,53につながる.したがって、我々 は大幅に固体のゲートを用いた従来型電界効果トランジスタと比較してキャリア数を変更できます。電解質ゲート大型タンカーの地域での使用による電気磁場誘起超伝導9,11,34,38,50を実現する特に、数は従来の固体のゲーティング法によるぁあ。

トランジスタ動作と電気磁場誘起超伝導半導体 WS この記事では、我々 は固体および概要キャリア数制御のこのユニークな技術を紹介 WS2フレークなど WS2 2サンプルカーボンナノ チューブ54,55,56,57。

Protocol

1. WS 2 (NTs) カーボンナノ チューブ基板上の分散 イソプロピル アルコール (IPA 濃度 99.8% 以上) (約 0.1 mg/mL) 適切な希釈率に 20 分間超音波処理による WS2 NT 粉末を分散します。注: 長い間超音波処理により WS2国税庁を均一に IPA 液体およびアモルファス WS2から別の整形式個別 WS の2の NTs に中断またはその他のがらくたにするし、WS2 NTs ?…

Representative Results

個々 の WS2 NT と WS2フレーク デバイスの典型的なトランジスタ操作はそれぞれ、図 3 a 3 bに表示されるソースがゲート電圧 (V の関数として (私DS) 電流を放電 G) 以前の文書58で従来の固体ゲート FET による単極ゲート応答に顕著な対照を示す両極性モードでうまく動作し?…

Discussion

WS2 NTs とフレークの両方で我々 制御に成功しました電気的特性による静電気防止または電気化学ドーピング。

静電ドーピング地域における両極性トランジスタ動作が観察されています。高いオン/オフ比とそのような両極性伝達曲線 (> 102) で観測された低バイアス電圧電解質ゲーティング技術これらのシステムのフェルミ レベルを調整するためのインタ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

我々 は次の金融サポートを認める科研費は日本学術振興会から特別研究 (No. 25000003) を推進、科研費研究活動スタート支援 (No.15H06133) および挑戦的な研究 (予備) (no.JP17K18748) 日本の文部科学省から。

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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