إعداد مساحة كبيرة الرأسي 2D المتغايرة كريستال-الهياكل من خلال سولفوريزيشن الأفلام المعادن الانتقالية لتصنيع الجهاز
Summary
من خلال سولفوريزيشن المودعة قبل انتقال المعادن، يمكن أن تكون ملفقة كريستال 2D مساحة كبيرة والعمودي هترو-الهياكل. كما أظهر الفيلم نقل، وإجراءات تصنيع الجهاز في هذا التقرير.
Abstract
أننا قد أثبتت ذلك من خلال سولفوريزيشن الأفلام المعادن الانتقالية مثل الموليبدينوم (مو) ومساحة كبيرة من التنغستن (W)، والزي معدنية انتقالية ديتشالكوجينيديس (TMDs) موس2 و WS2 يمكن أن تكون مستعدة على ركائز الياقوت. بالتحكم في سمك الفيلم معدنية، طبقة جيدة للتحكم الرقمي، وصولاً إلى طبقة واحدة من TMDs، يمكن الحصول على استخدام هذا الأسلوب في النمو. استناداً إلى النتائج التي تم الحصول عليها من الفيلم مو سولفوريزيد تحت ظروف نقص الكبريت، وهناك آليتان للنمو2 موس (أ) مستو و (ب) فصل أكسيد مو لاحظ أثناء إجراء سولفوريزيشن. عندما الكبريت الخلفية كافية، مستو أنظمة الدفاع الصاروخي التكتيكي النمو هو إليه النمو السائد، الذي سوف ينتج فيلما2 موس موحدة بعد إجراء سولفوريزيشن. في حالة نقص الكبريت الخلفية، سيكون فصل أكسيد مو إليه النمو السائد في المرحلة الأولى من الإجراءات سولفوريزيشن. وفي هذه الحالة، سيتم الحصول على العينة مع مجموعات أكسيد مو مغطاة بطبقة قليل موس2 . وبعد إنشاء متسلسلة مو ترسب/سولفوريزيشن وث ترسب/سولفوريزيشن الإجراءات، عمودي WS2/MoS2 هترو-هياكل باستخدام هذه التقنية النمو. قمم رامان تناظر WS2 وموس2، على التوالي، وعدد طبقة متطابقة هترو-الهيكل مع ملخص للمواد ثنائية الأبعاد الفردية وقد أكدت النجاح في إنشاء كريستال 2D العمودي هترو-الهيكل. بعد نقل WS2/MoS2 الفيلم على الركازة/Si SiO2مع أقطاب منقوشة قبل المصدر/استنزاف، مختلق ترانزستور السفلي-بوابة. بالمقارنة مع الترانزستور مع موس2 قنوات فقط، التيارات استنزاف أعلى من الجهاز مع WS2/MoS2 هترو-هيكل أظهرت أن مع الأخذ بكريستال 2D هترو-الهياكل، الأجهزة العليا يمكن الحصول على الأداء. وقد كشفت النتائج إمكانات هذا الأسلوب النمو للتطبيق العملي لبلورات 2D.
Introduction
هو واحد من النهج الأكثر شيوعاً للحصول على الأفلام كريستال 2D باستخدام التقشير الميكانيكي من معظم المواد1،2،3،،من45. على الرغم من أن الأفلام كريستال 2D مع بلورات ذات جودة عالية ويمكن بسهولة الحصول على استخدام هذا الأسلوب، لا تتوفر الأفلام كريستال 2D قابلة للتطوير من خلال هذا النهج، وغير ملائم للتطبيقات العملية. وقد ثبت في المنشورات السابقة أن استخدام ترسب البخار الكيميائي (الرسوم التعويضية)، الأفلام كريستال 2D مساحة كبيرة وموحدة يمكن أن استعداد6،7،،من89. النمو المباشر من الجرافين على ركائز الياقوت والسيطرة عليها طبقة-عدد الأفلام2 موس أعده تكرار دورة النمو نفسها أيضا أظهر استخدام الرسوم التعويضية نمو تقنية10،11. في منشور مؤخرا، ملفقة في الطائرة WSe رقائق هترو-هيكل2/MoS2 أيضا استخدام تقنية النمو الرسوم التعويضية12. على الرغم من أن أسلوب النمو الرسوم التعويضية واعدة في تقديم الأفلام قابلة البلورة 2D، العيب الرئيسي لهذا الأسلوب النمو أن السلائف مختلفة يجب أن تكون موجودة لبلورات مختلفة في 2D. كما تختلف شروط النمو بين بلورات مختلفة في 2D. وفي هذه الحالة، إجراءات النمو سوف تصبح أكثر تعقيداً عندما ينمو الطلب لكريستال 2D هترو-الهياكل.
بالمقارنة مع تقنية النمو الرسوم التعويضية، قدم سولفوريزيشن الأفلام المودعة قبل انتقال المعدن نهج نمو مشابهة ولكنها أبسط بكثير ل TMDs13،14. حيث يتضمن الإجراء النمو ترسب المعادن وسولفوريزيشن الإجراء التالي فقط، فمن الممكن تنمو TMDs مختلفة عن طريق النمو نفس الإجراءات. من ناحية أخرى، يمكن أيضا تحقيق التحكم رقم طبقة من بلورات 2D عن طريق تغيير سمك المودعة قبل انتقال المعدن. وفي هذه الحالة، النمو الأمثل وطبقة التحكم رقم وصولاً إلى طبقة واحدة مطلوبة من أجل مختلف TMDs. فهم آليات النمو أيضا مهم جداً لإقامة أنظمة الدفاع الصاروخي التكتيكي معقدة هترو-هياكل باستخدام هذا الأسلوب.
في هذه الورقة، موس2 و WS2 تعد أفلام تحت إجراءات نمو مماثلة لترسب المعادن متبوعاً الإجراء سولفوريزيشن. مع النتائج التي تم الحصول عليها من سولفوريزيشن الأفلام مو ظروف كافية ونقص الكبريت، لوحظت الآليتين النمو أثناء إجراء سولفوريزيشن15. بشرط كاف الكبريت، يمكن الحصول على موس موحدة والسيطرة عليها طبقة رقم2 فيلم بعد إجراء سولفوريزيشن. عندما هو سولفوريزيد العينة بشرط نقص الكبريت، الكبريت الخلفية ليست كافية لتشكيل فيلم2 موس كاملة حيث فصل أكسيد مو والتلاحم لا تكون الآلية المسيطرة في مرحلة النمو المبكر. وسيتم الحصول على عينة مع مجموعات أكسيد مو تغطيها طبقات قليلة من موس2 بعد إجراء سولفوريزيشن15. من خلال ترسب المعادن متسلسلة والإجراءات سولفوريزيشن التالية، يمكن إعداد WS2/MoS2 عمودي هترو-الهياكل مع طبقة التحكم رقم وصولاً إلى طبقة واحدة15،16. باستخدام هذا الأسلوب، يتم الحصول على عينة على الركازة ياقوت واحدة مع أربع مناطق: (ط) فارغة الركازة الياقوت، (ثانيا) مستقل موس2و WS (ثالثا)2/MoS2 هترو-هيكل، و (رابعا) مستقل WS217 . تظهر النتائج أن أسلوب النمو هو مفيد لإنشاء العمودي كريستال 2D هترو-هيكل وقادر على النمو الانتقائي. أداء كريستال 2D هترو-هياكل الأجهزة المحسنة سيمثل الخطوة الأولى نحو التطبيقات العملية لبلورات 2D.
Protocol
Representative Results
Discussion
بالمقارنة مع مواد أشباه الموصلات التقليدية مثل Si و GaAs، استفادة المواد ثنائية الأبعاد لتطبيقات الجهاز يكمن في إمكانية تصنيع الجهاز مع الهيئات رقيقة جداً وصولاً إلى عدة طبقات ذرية. عندما تقدم الصناعة سي إلى < 10 عقده التكنولوجيا في شمال البحر الأبيض المتوسط، نسبة العرض إلى الارتفاع ارتفاع ا?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
هذا العمل وأيده في الجزء المشاريع الأكثر 105-2221-E-001-011-MY3 والأكثر 105-2622-8-002-001 الممولة من وزارة العلوم والتكنولوجيا، وتايوان، وجزئياً بمركزه المشروع الممولة من مركز البحوث “العلوم التطبيقية”، سينيكا، تايوان.
Materials
| RF sputtering system | Kao Duen Technology | N/A | |
| Furnace for sulfurization | Creating Nano Technologies | N/A | |
| Polymethyl methacrylate (PMMA) | Microchem | 8110788 | Flammable |
| KOH, > 85% | Sigma-Aldrich | 30603 | |
| Acetone, 99.5% | Echo Chemical | CMOS110 | |
| Sulfur (S), 99.5% | Sigma-Aldrich | 13803 | |
| Molybdenum (Mo), 99.95% | Summit-Tech | N/A | |
| Tungsten (W), 99.95% | Summit-Tech | N/A | |
| C-plane Sapphire substrate | Summit-Tech | X171999 | (0001) ± 0.2 ° one side polished |
| 300 nm SiO2/Si substrate | Summit-Tech | 2YCDDM | P-type Si substrate, resistivity: 1-10 Ω · cm. |
| Sample holder (sputtering system) | Kao Duen Technology | N/A | Ceramic material |
| Mechanical pump (sputtering system) | Ulvac | D-330DK | |
| Diffusion pump (sputtering system) | Ulvac | ULK-06A | |
| Mass flow controller | Brooks | 5850E | The maximum Argon flow is 400 mL/min |
| Manual wheel Angle poppet valve | King Lai | N/A | Vacuum range from 2500 ~1 × 10-8 torr |
| Raman measurement system | Horiba | Jobin Yvon LabRAM HR800 | |
| Transmission electron microscopy | Fei | Tecnai G2 F20 | |
| Petri dish | Kwo Yi | N/A | |
| Tweezer | Venus | 2A | |
| Digital dry cabinet | Jwo Ruey Technical | DRY-60 | |
| Dual-channel system sourcemeter | Keithley | 2636B |
Referencias
- Moldt, T., et al. High-Yield Production and Transfer of Graphene Flakes Obtained by Anodic Bonding. ACS Nano. 5, 7700-7706 (2011).
- Choi, W., et al. High-Detectivity Multilayer MoS2 Phototransistors with Spectral Response from Ultraviolet to Infrared. Adv. Mater. 24, 5832-5836 (2012).
- Liu, H., Neal, A. T., Ye, P. D. Channel Length Scaling of MoS2 MOSFETs. ACS Nano. 6, 8563-8569 (2012).
- Wang, Q. H., Kalantar-Zadeh, K., Kis, A., Coleman, J. N., Strano, M. S. Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides. Nat. Nanotechnol. 7, 699-712 (2012).
- Radisavljevic, B., Radenovic, A., Brivio, J., Giacometti, V., Kis, A. Single-layer MoS2 transistors. Nat. Nanotechnol. 6, 147-150 (2011).
- Lee, Y. H., et al. Synthesis of Large-Area MoS2 Atomic Layers with Chemical Vapor Deposition. Adv. Mater. 24, 2320-2325 (2012).
- Yu, Y., Li, C., Liu, Y., Su, L., Zhang, Y., Cao, L. Controlled Scalable Synthesis of Uniform, High-Quality Monolayer and Few-layer MoS2 Films. Sci. Rep. 3, 1866 (2013).
- Ling, X., et al. Role of the Seeding Promoter in MoS2 Growth by Chemical Vapor Deposition. Nano Lett. 14, 464-472 (2014).
- Lee, Y., et al. Synthesis of wafer-scale uniform molybdenum disulfide films with control over the layer number using a gas phase sulfur precursor. Nanoscale. 6, 2821-2826 (2014).
- Lin, M. Y., Su, C. F., Lee, S. C., Lin, S. Y. The Growth Mechanisms of Graphene Directly on Sapphire Substrates using the Chemical Vapor Deposition. J. Appl. Phys. 115, 223510 (2014).
- Wu, C. R., Chang, X. R., Chang, S. W., Chang, C. E., Wu, C. H., Lin, S. Y. Multilayer MoS2 prepared by one-time and repeated chemical vapor depositions: anomalous Raman shifts and transistors with high ON/OFF ratio. J. Phys. D Appl. Phys. 48, 435101 (2015).
- Li, M. Y., et al. Epitaxial growth of a monolayer WSe2-MoS2 lateral p-n junction with an atomically sharp interface. Science. 349, 524-528 (2015).
- Zhan, Y., Liu, Z., Najmaei, S., Ajayan, M. P., Lou, J. Large-area vapor-phase growth and characterization of MoS2 atomic layers on a SiO2 substrate. Small. 8, 966 (2012).
- Woods, J. M., et al. One-Step Synthesis of MoS2/WS2 Layered Heterostructures and Catalytic Activity of Defective Transition Metal Dichalcogenide Films. ACS Nano. 10, 2004-2009 (2016).
- Wu, C. R., Chang, X. R., Wu, C. H., Lin, S. Y. The Growth Mechanism of Transition Metal Dichalcogenides using Sulfurization of Pre-deposited Transition Metals and the 2D Crystal Hetero-structure Establishment. Sci. Rep. 7, 42146 (2017).
- Chen, K. C., Chu, T. W., Wu, C. R., Lee, S. C., Lin, S. Y. Layer Number Controllability of Transition-metal Dichalcogenides and The Establishment of Hetero-structures using Sulfurization of Thin Transition Metal Films. J. of Phys. D: Appl. Phy. 50, 064001 (2017).
- Wu, C. R., Chang, X. R., Chu, T. W., Chen, H. A., Wu, C. H., Lin, S. Y. Establishment of 2D Crystal Heterostructures by Sulfurization of Sequential Transition Metal Depositions: Preparation, Characterization, and Selective Growth. Nano Lett. 16, 7093-7097 (2016).
- Lin, M. Y., et al. Toward epitaxially grown two-dimensional crystal hetero-structures: Single and double MoS2/graphene hetero-structures by chemical vapor depositions. Appl. Phys. Lett. 105, 073501 (2014).
- Lee, C., Yan, H., Brus, L. E., Heinz, T. F., Hone, J., Ryu, S. Anomalous Lattice Vibrations of Single and Few-Layer MoS2. ACS Nano. 4, 2695-2700 (2010).
- Chen, K. C., Chu, T. W., Wu, C. R., Lee, S. C., Lin, S. Y. Atomic Layer Etchings of Transition Metal Dichalcogenides with Post Healing Procedures: Equivalent Selective Etching of 2D Crystal Hetero-structures. 2D Mater. 4, 034001 (2017).
