طريقة قياسية وموثوقة لاختلاق النانو ثنائي الأبعاد
Summary
المقالة تهدف إلى إدخال إجراءات تصنيع القياسية وموثوق بها لتنمية المستقبل النانو الأبعاد منخفضة.
Abstract
ثنائي الأبعاد (2D) المواد قد اجتذبت اهتمام كبير نظراً للخصائص الفريدة والتطبيقات المحتملة. حيث يفر مقياس توليف مواد 2D لا يزال في مراحله الوليدة، لا يمكن الاعتماد العلماء تماما على تقنيات أشباه الموصلات التقليدية للبحوث ذات الصلة. العمليات الحساسة من تحديد المواد اللازمة لتعريف القطب تحتاج إلى التحكم بشكل جيد. في هذه المقالة، مطلوب بروتوكول تصنيع عالمي في صناعة الإلكترونيات النانومترية الحجم، مثل 2D أو شبه هيتيروجونكشن القطبين الترانزستورات (س-ثنائية)، والترانزستورات 2D عن طريق بوابة العودة وأظهرت. هذا البروتوكول يتضمن تحديد الموقف المادي، والطباعة الحجرية شعاع الإلكترون (أبل)، وتعريف القطب المعدني، وآخرون. وترد أيضا سرد خطوة بخطوة إجراءات تصنيع هذه الأجهزة. وعلاوة على ذلك، تظهر النتائج أن كل من أجهزة ملفقة حققت عالية الأداء مع التكرار عالية. هذا العمل يكشف عن وصف شامل لعملية تدفق إعداد 2D نانو-إلكترونيات، تمكن مجموعات بحثية للوصول إلى هذه المعلومات، وتمهيد الطريق نحو المستقبل للإلكترونيات.
Introduction
ومنذ العقود الماضية، البشرية تشهد السريع المتناقصة في حجم الترانزستورات، ونتيجة لذلك، زيادة هائلة في عدد الترانزستور في الدوائر المتكاملة (ICs). وهذا يؤكد التقدم المستمر في التكنولوجيا القائمة على السليكون التكميلية أكسيد معدني متمم (CMOS)1. وعلاوة على ذلك، يتم هذا الاتجاه الحالي في حجم وأداء الأجهزة ملفقة لا تزال على المسار مع قانون مور، الذي ينص على أن عدد الترانزستورات في الرقائق الإلكترونية، فضلا عن أدائها، ويتضاعف تقريبا كل سنتين2. ترانزستور CMOS موجودة في معظم، أن لم يكن كل، الأجهزة الإلكترونية المتوفرة في السوق، ومما يجعلها جزءا لا يتجزأ من حياة الإنسان. ونتيجة لهذا، هناك مطالب مستمرة لإدخال تحسينات على رقاقة الحجم والأداء التي قد تم دفع الشركات المصنعة للحفاظ على أثر قانون المسار مور.
ولسوء الحظ، يبدو قانون مور أن تقترب من نهايتها بسبب كمية الحرارة المتولدة كما هو أكثر السليكون الدوائر ويضيق مساحة صغيرة2. وهذا يدعو إلى أنواع جديدة من المواد التي يمكن أن توفر نفس، أن لم يكن أفضل، أداء كالسيليكون، وفي الوقت نفسه، يمكن أن تنفذ في نطاق أضيق نسبيا. ، مواد جديدة واعدة في الآونة الأخيرة مواضيع العديد من أبحاث العلوم المادية. بعض المواد مثل أحادي البعد (1-د) الكربون الأنابيب النانوية3،4،5،،من67، الجرافين 2D8،،من910، 11 , 12و15،14،13،ديتشالكوجينيديس (TMDs) المعادن الانتقالية17،،من1618، هي المرشحين جيدة يمكن استخدامها تكون بديلاً لمنظمات الإدارة الجماعية القائمة على السليكون ومواصلة المسار قانون مور.
تصنيع الأجهزة الصغيرة يتطلب تحديد دقيق للموقع بالمواد المضي قدما بنجاح في تقنيات التصنيع الأخرى مثل الطباعة الحجرية وتعريف القطب المعدني. لذا، صمم الطريقة المعروضة في هذه الورقة تلبية هذه الحاجة. مقارنة ب تقنيات تصنيع أشباه الموصلات التقليدية19، والنهج المعروضة في هذه الورقة خياط مزودة بتطوير الأجهزة الصغيرة التي تحتاج إلى مزيد من الاهتمام من حيث إيجاد مكان للمواد. ويهدف هذا الأسلوب تلفيق موثوق نانوماتيريال 2D الأجهزة، مثل الترانزستورات 2D عن طريق بوابة العودة و Q-هبتس، باستخدام عمليات تصنيع القياسية. هذا يمكن أن تخدم كمنصة للتطورات المستقبلية نانوديفيسي كما أنه يمهد الطريق نحو إنتاج أجهزة متقدمة مستقبلا على نطاق نانو.
في المقطع الشروع، تناقش عمليات تصنيع 2D الأجهزة المستندة إلى مواد هي: Q-ثنائية والترانزستور 2D عن طريق بوابة مرة أخرى بالتفصيل. إلكترون الزخرفة شعاع جنبا إلى جنب مع تصميم الموقع المادي، وتعريف القطب المعدني يشمل البروتوكول نظراً لأنها مطلوبة في كل من العمليات المذكورة. يناقش الجزء 1 عملية التصنيع خطوة خطوة س-هبتس20؛ ويوضح الجزء 2 نهج عالمي للحصول على بخار الكيميائية ترسب (الرسوم التعويضية) ثاني كبريتيد الموليبدينوم (MoS2) الترانزستور عن طريق بوابة العودة من نقل لانطلاقة21، الذي قد ثبت تماما في المادة. ويتضح تدفق عملية مفصلة في (الشكل 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذه المقالة، وأثبتت الإجراءات المفصلة لاختلاق رواية الإلكترونيات استناداً إلى المواد 2D في مقياس نانومتر. نظراً لإجراءات إعداد نموذج لتطبيق كل الخلافات مع بعضها البعض، عمليات المتراكب يعاملون كالبروتوكول. إلكترون الزخرفة شعاع جنبا إلى جنب مع تصميم الموقع المادي، وتعريف القطب المعدني…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
هذا العمل كان يدعمه “المجلس الوطني للعلوم”، تايوان وبموجب العقد لا معظم 105-2112-M-003-016-MY3. هذا العمل أيضا في الجزء أيده “المختبرات الوطنية لجهاز نانو” ومختبر شعاع ه في الهندسة الكهربائية من جامعة تايوان الوطنية.
Materials
| E-gun Evaporator | AST | PEVA 600I | |
| Au slug, 99.99% | Well-Being Enterprise Co | N/A | |
| Ti slug, 99.99% | Well-Being Enterprise Co | N/A | |
| E-beam Lithography System | Elionix | ELS7500-EX | |
| Cold Wall CVD System | Sulfur Science | SCW600S | |
| C-plane Sapphire substrate | Summit-Tech | X171999 | (0001) ± 0.2 ° one side polished |
| 100 nm SiO2/Si | Fabricated in NDL | ||
| Ammonia Solution | BASF | Ammonia Solution 28% Selectipur | |
| Molybdenum (Mo), 99.95% | Summit-Tech | N/A | |
| Tungsten (W), 99.95% | Summit-Tech | N/A | |
| Sulfur (S), 99.5% | Sigma-Aldrich | 13803 | |
| Polymethyl Methacrylate (PMMA) | Microchem | 8110788 | Use for transfer process |
| Spin Coater | Laurell | WS 400B 6NPP LITE | |
| Acetone | BASF | Acetone EL Selectipur | |
| Isopropanol (IPA) | BASF | 2-Propanol UPS | |
| Photo Resist for EBL | TOK | TDUR-P-015 | |
| Plasma Cleaner | Harrick Plasma | PDC-32G | Oxygen plasma |
References
- Kim, Y. B. Challenges for Nanoscale MOSFETs and Emerging Nanoelectronics. Transactions on Electrical and Electronic Materials. 11 (3), 93-105 (2010).
- Waldrop, M. M. The chips are down for Moore’s law. Nature. 530 (7589), 144-147 (2016).
- Lan, Y. W., Chang, W. H., et al. Effects of oxygen bonding on defective semiconducting and metallic single-walled carbon nanotube bundles. Carbon. 50 (12), 4619-4627 (2012).
- Lan, Y. W., Aravind, K., Wu, C. S., Kuan, C. H., Chang-Liao, K. S., Chen, C. D. Interplay of spin-orbit coupling and Zeeman effect probed by Kondo resonance in a carbon nanotube quantum dot. Carbon. 50 (10), 3748-3752 (2012).
- Lan, Y. W., Nguyen, L. N., Lai, S. J., Lin, M. C., Kuan, C. H., Chen, C. D. Identification of embedded charge defects in suspended silicon nanowires using a carbon-nanotube cantilever gate. Applied Physics Letters. 99 (5), (2011).
- De Volder, M. F. L., Tawfick, S. H., Baughman, R. H., Hart, A. J. Carbon nanotubes: present and future commercial applications. Science (New York, N.Y.). 339 (6119), 535-539 (2013).
- Eatemadi, A., Daraee, H., et al. Carbon nanotubes: Properties, synthesis, purification, and medical applications. Nanoscale Research Letters. 9 (1), 1-13 (2014).
- Lan, Y. W., Chang, W. H., et al. Polymer-free patterning of graphene at sub-10-nm scale by low-energy repetitive electron beam. Small. 10 (22), 4778-4784 (2014).
- Romero, M. F., Bosca, A., et al. Impact of 2D-Graphene on SiN Passivated AlGaN/GaN MIS-HEMTs Under Mist Exposure. IEEE Electron Device Letters. 38 (10), 1441-1444 (2017).
- Blaschke, B. M., Tort-Colet, N., et al. Mapping brain activity with flexible graphene micro-transistors. 2D Materials. 4 (2), 25040 (2017).
- Zhu, Z., Murtaza, I., Meng, H., Huang, W. Thin film transistors based on two dimensional graphene and graphene/semiconductor heterojunctions. RSC Advances. 7 (28), 17387-17397 (2017).
- Kim, S. J., Choi, K., Lee, B., Kim, Y., Hong, B. H. Materials for Flexible, Stretchable Electronics: Graphene and 2D Materials. Annual Review of Materials Research. 45 (1), 63-84 (2015).
- Manzeli, S., Ovchinnikov, D., Pasquier, D., Yazyev, O. V., Kis, A. 2D transition metal dichalcogenides. Nature Reviews Materials. 2, (2017).
- Kolobov, A. V., Tominaga, J. . Emerging Applications of 2D TMDCs. 239, 473-512 (2016).
- Nguyen, L. N., Lan, Y. W., et al. Resonant tunneling through discrete quantum states in stacked atomic-layered MoS2. Nano Letters. 14 (5), 2381-2386 (2014).
- Torres, C. M., Lan, Y. W., et al. High-Current Gain Two-Dimensional MoS2-Base Hot-Electron Transistors. Nano Letters. 15 (12), 7905-7912 (2015).
- Jariwala, D., Sangwan, V. K., Lauhon, L. J., Marks, T. J., Hersam, M. C. Emerging Device Applications for Semiconducting Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides. ACS Nano. 8 (2), 1102-1120 (2014).
- Choi, W., Choudhary, N., Han, G. H., Park, J., Akinwande, D., Lee, Y. H. Recent development of two-dimensional transition metal dichalcogenides and their applications. Materials Today. 20 (3), 116-130 (2017).
- Xiao, H. . Introduction to Semiconductor Manufacturing Technology, Second Edition. , (2012).
- Lin, C. Y., Zhu, X., et al. Atomic-Monolayer Two-Dimensional Lateral Quasi-Heterojunction Bipolar Transistors with Resonant Tunneling Phenomenon. ACS Nano. 11 (11), 11015-11023 (2017).
- Qi, J., Lan, Y. W., et al. Piezoelectric effect in chemical vapour deposition-grown atomic-monolayer triangular molybdenum disulfide piezotronics. Nature Communications. 6, (2015).
