Расширенный Экспериментальные методы низкотемпературной магнитотранспорте измерения новых материалов

Summary

Мы описываем методологию механического отслаивания и осаждения чешуек новых материалов с микронными размерами на подложку, изготовления конструкций экспериментальных устройств для экспериментов с транспортом и измерения магнитотранспорта в сухом гелиевом криостате замкнутого цикла при температурах до 0,300 К и магнитных полях до 12 Тл.

Abstract

Новые электронные материалы часто впервые производятся с помощью процессов синтеза, которые дают объемные кристаллы (в отличие от монокристаллического синтеза тонких пленок) с целью исследования исследовательских материалов. Некоторые материалы представляют собой проблему, в которой традиционный метод изготовления стержней Холла недостаточен для производства измеряемого устройства для измерения транспортировки образца, главным образом потому, что размер монокристалла слишком мал для прикрепления проводов к образцу в конфигурации стержня Холла. Это может быть, например, связано с тем, что первая партия синтезированного нового материала дает очень маленькие монокристаллы или потому, что требуются хлопья образцов от одного до очень небольшого количества монослоев. Для того, чтобы обеспечить быстрое определение характеристик материалов, которое может быть выполнено параллельно с совершенствованием методологии их выращивания, был разработан метод изготовления устройств для очень малых образцов, позволяющий характеризовать новые материалы сразу после производства предварительной партии. Небольшая вариация этой методики применима к получению устройств с использованием отслоенных образцов двумерных материалов, таких как графен, гексагональный нитрид бора (hBN) и дихалькогениды переходных металлов (TMD), а также многослойных гетероструктур таких материалов. В данной работе представлены подробные протоколы изготовления экспериментальным устройством фрагментов и чешуек новых материалов с микронными размерами на подложке и последующего измерения в коммерческой сверхпроводящей магнитной магнитной системе сухого гелия замкнутого цикла при температурах до 0,300 К и магнитных полях до 12 Тл.

Introduction

Погоня материалов платформ для электроники передовые технологии требует методы синтеза высокой пропускной материалов и последующего характеристики. Новые материалы, представляющие интерес в этом стремлении может быть произведено в объеме путем прямого синтеза ^1,2 реакции, электрохимической ^3,4 роста и другими способами ⁵ в более быстром, чем мода более сложных кристаллических тонких одного методов осаждения пленки, такой как молекулярно-лучевой эпитаксии или химического осаждения из паровой. Обычный метод для измерения транспортных свойств объемных образцов кристалла расщеплять прямоугольную форму призмы фрагмент с размерами примерно ....

Protocol

1. Подготовка основания

1. Получить 4 дюйма кремния (Si) пластин, состоящую из сильно легированного р-легированного кремния покрыта примерно 300 нм _SiO 2. Эта структура подложки позволит подложка для использования в качестве задних ворот.
2. Использование составление / разработки программного обеспечения, дизайн 1 см × 1 см рисунок с равномерно расположенными функций, таких как перечисленные крестов, в х и у направлении для использования в качестве позиционных локаторов на подложке для переданных хлопьев выборки и выравнивания марок для электронно-лучевой литографии ( Рисунок 1).
   1. Откройте новый файл в редакционной п....

Results

Рисунок 3 показывает типичную зал бар устройство рисунком с целью низкой температуры эксперимента магнитотранспорте. Оптический изображения на верхнем рисунке показывает успешно быстровозводимых Графен / HBN зал Бар; нижняя изображение показывает схему устройства с Ландауэр-Büttiker краевых состояний, возникающих из уровней Ландау (LLS), транспортный механизм, который может быть использован для вычисления значений квантованных сопротивлений зал, экспериментальное исследо.......

Discussion

После приобретения объемных образцов высококачественных, отличающийся чтобы обеспечить надлежащее состав и структуру, образцы с рисунком в геометрии, изображенной на отшелушивающие хлопья образца на 1 см × 1 см кусочки субстрата. Подложки, состоящие из сильно легированного р-Si, покрытые приблизительно 300 нм _SiO 2 являются предпочтительными, поскольку они увеличивают экспериментальную пространстве параметров, позволяя применение задней ворот. Образцы должны быть достаточно тонким - меньше, чем 10 нм - для по.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Cryogenic Limited 12 T CFMS	Cryogen Limited	CFM-12T-H3- IVTI-25	Магнитотранспортная система, настроенная с модулированным полевым магнитом (шаг 4)
7270 DSP Синхронный усилитель	Восстановление сигнала	7270	Синхронный усилитель для измерения источника/стока и напряжения (шаг 4)
GS200 Источник постоянного напряжения/тока	Yokogawa	GS200	Источник напряжения для приложения напряжения затвора (шаг 4)
2636B Системный источник-измеритель	Keithley	2636B	Источник-измеритель для измерения источника/стока и напряжения
DWL 2000 Генератор лазерных шаблонов	Heidelberg Instruments	DWL 2000	Генерация хромированной маски для литографии шаблона расположения/выравнивания подложки (шаг 1.3)
Suss MicroTec MA6/BA6 Контактный выравниватель	Suss	MA6	Используется для литографии шаблона расположения/выравнивания подложки (шаг 1.4.12)
Система электронно-лучевой литографии JEOL с прямой записью	JEOL	JBX 6300-FS	Выполнение литографии устройств с высоким разрешением
Discovery 550 Система распыления	Denton Vacuum	Discovery 550	Выполнение SiO2 распыление (шаг 2.5)
Электронно-лучевой испаритель Infinity 22	Denton Vacuum	Infinty 22	Нанесение Cr/Au (шаги 1.5 и 3.7)
Unaxis 790 Реактивный ионный травитель	Unaxis	Unaxis 790	Травление образца в конструкцию бара Холла (шаг 3.4)
PMMA 495 A4	MicroChem	PMMA 495 A4	Полимерное покрытие/электронно-лучевая маска для литографии (шаг 3.5.1)
PMMA 950 A4 MicroChem		PMMA 950 A4	Полимерное покрытие/электронно-лучевая маска для нарезки образцов и литографии (шаги 1.7.3, 3.3.1 и 3.5.2)
Положительный фоторезист S1813	MicroChem	S1813 G2	Положительный фоторезист (шаг 1.4.8)
Резист LOR	MicroChem	LOR 3A	Отрывной резист (шаг 1.4.3)
1:3 Проявитель MIBK:IPA PMMA	MicroChem	1:3 MIBK:IPA	PMMA проявитель
MF-321 Проявитель	MicroChem	MF-321	Novolac положительный фоторезист-совместимый раствор проявителя (шаг 1.4.15)
Диглицидиловый эфир с окончанием полидиметилсилоксана	Sigma Aldrich	SA 480282	Для укладки слоистых материалов (шаг 2.6.1)
Полипропиленкарбонат	Sigma Aldrich	SA 389021	Для укладки послойных материалов (шаг 2.6.2)