Стандартные и надежный метод для изготовления двумерных наноэлектроника
Summary
Статья стремится ввести изготовление стандартных и надежной процедуры для разработки будущих низких размеров наноэлектроники.
Abstract
Двухмерный (2D) материалы привлекают огромное внимание из-за их уникальных свойств и потенциального применения. Так как вафельные масштаба синтез 2D материалов до сих пор в зарождающейся этапов, ученые нельзя полностью полагаться на полупроводниковой, традиционные методы для соответствующих исследований. Деликатных процессов от местонахождения материалов к определению электрода необходимо хорошо контролировать. В этой статье универсальный изготовление протокол требуемые в производство наноразмерных электроники, таких как 2D квази гетероперехода биполярных транзисторов (Q-HBT), 2D воротами вернуться транзисторов и демонстрируются. Этот протокол включает в себя определение материального положения, Электронная литография (РПЗ), металлическая электрода определение, и др. Шаг за шагом, изложение процедур изготовления для этих устройств также представлены. Кроме того результаты показывают, что каждый из готовых устройств достигла высокой производительности с высокой повторяемостью. Эта работа показывает всеобъемлющее описание потока процесса подготовки 2D нано электроники, позволяет исследовательские группы для доступа к этой информации и проложить путь к будущим электроники.
Introduction
С последних десятилетий, человечество переживает быстрое индивидуум в размере транзисторов и, следовательно, экспоненциальное увеличение числа транзисторов в интегральных схем (ИС). Это поддерживает непрерывный прогресс технологии на основе кремния дополнительные металл оксид полупроводник (CMOS)1. Кроме того эта нынешняя тенденция в размер и производительность готовых устройств по-прежнему на трек с Закон Мура, который гласит, что количество транзисторов на электронных чипов, а также их производительность, удваивается примерно каждые два года2. Транзисторов CMOS присутствуют в большинстве, если не всех, электронных устройств, доступных на рынке и таким образом делает его неотъемлемой частью человеческой жизни. Благодаря этому есть непрерывное требования для улучшения в чип размера и производительности, которые настаивали на производителей, чтобы сохранить следующие трек Закон Мура.
К сожалению Закон Мура, как представляется, близится к концу из-за количества тепла как больше кремния цепь втиснулся в небольшой области2. Это требует новых типов материалов, которые могут обеспечить то же самое, если не лучше, как кремний, и в то же время, могут быть реализованы в относительно меньших масштабах. Недавно новые перспективные материалы были субъектами многих материалов научных исследований. Такие материалы как одномерный (1D) углеродных нанотрубок3,4,5,6,7, 2D графена8,9,10, 11 , 12и переходных металлов dichalcogenides (TMDs)13,14,,1516,17,18, являются хорошими кандидатами, которые могут быть использованы как заменить на основе кремния CMOS и продолжать отслеживать Закон Мура.
Изготовление мелких устройств требует тщательного определения местоположения материал успешно перейти к другой технологии изготовления литографии и металлическим электродом определения. Таким образом метод, представленных в настоящем документе был разработан для удовлетворения этой потребности. По сравнению с традиционными полупроводниковых изготовление методы19, представленный в настоящем документе подход, портной установлены к развитию небольших устройств, которые необходимо уделить больше внимания с точки зрения расположения материала. Цель этого метода является надежно изготовить 2D Наноматериал устройств, таких как 2D воротами вернуться транзисторов и Q-HBTs, с помощью стандартного изготовления процессов. Это может служить в качестве платформы для разработки будущих nanodevice он прокладывает путь к производство будущих передовые нано-устройств.
В разделе разбирательства подробно обсуждаются процессы изготовления для устройств на базе материалов 2D, Q-HBT и 2D обратно закрытый транзистор. Электронный луч патронирования в сочетании с решимостью материала местоположение и металлическим электродом определение охватывает протокол, поскольку они требуются в обоих упомянутых процессах. Часть 1 описывает процесс поэтапного изготовления Q-HBTs20; и часть 2 демонстрирует универсальный подход к получить обратно закрытый транзисторов химическое парофазное осаждение дисульфид молибдена (2мес) старт21, который был полностью показан в статье от передачи. Подробный процесс проиллюстрирован в (рис. 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
В этой статье демонстрируются подробные процедуры изготовления Роман электроники на базе 2D материалов в нанометровом масштабе. Поскольку процедуры подготовки образца каждого приложения имеют различия друг с другом, перекрытые процессы рассматривались как протокол. Электронный луч ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана национального научного Совета, Тайвань по контракту нет БОЛЬШИНСТВО 105-2112-M-003-016-MY3. Эта работа частично поддержали национальные лаборатории устройство Nano и электронным пучком лаборатории электротехники Национального Тайваньского университета.
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).
