Ohmico Fabrication contatto con una tecnica Focused Ion Beam-e caratterizzazione elettrica per strato semiconduttore Nanostrutture
Summary
We describe the approaches for the device fabrication and electrical characterization of molybdenum diselenide (MoSe2) layer semiconductor nanostructures with different thicknesses. In addition, the fabrication of ohmic contacts for MoSe2-layer nanocrystals by the focused-ion beam deposition method using platinum (Pt) as a contact metal is described.
Abstract
Semiconduttori strato con strutture (2D) facilmente elaborati bidimensionali presentano transizioni bandgap indiretta a diretta e prestazioni dei transistor superiore, che suggeriscono una nuova direzione per lo sviluppo degli ultraleggeri di ultima generazione e dispositivi fotonici e elettronici flessibili. Maggiore luminescenza efficienza quantica è stato ampiamente osservato in questi cristalli 2D atomico sottili. Tuttavia, gli effetti di dimensione al di là di spessori confinamento quantistico o anche su scala micrometrica non sono previsti e raramente sono stati osservati. In questo studio, molibdeno diselenide (MOSE 2) strato di cristalli con una gamma di spessori 6-2,700 nm sono stati fabbricati come due o quattro dispositivi terminali. Formazione contatto ohmico è stato raggiunto con successo con il metodo di deposizione raggio focalizzato ioni di litio (FIB) utilizzando il platino (Pt) come metallo contatto. Cristalli di livello con vari spessori sono stati preparati attraverso semplice esfoliazione meccanica utilizzando del nastro adesivo taglio a cubetti. MISURE curva corrente-tensionets sono stati eseguiti per determinare il valore di conducibilità dei nanocristalli strato. Inoltre, ad alta risoluzione microscopio elettronico a trasmissione,-regione selezionata elettroni diffrattometria, e spettroscopia a raggi X a dispersione di energia sono stati usati per caratterizzare l'interfaccia del contatto metallo-semiconduttore dei MOSE 2 dispositivi FIB-fabbricato. Dopo l'applicazione degli approcci, è stata osservata la sostanziale conducibilità elettrica spessore-dipendente in una vasta gamma di spessore per la -layer semiconduttori MoSE 2. La conducibilità aumentata di più di due ordini di grandezza da 4,6 a 1500 Ω – 1 cm – 1, con una diminuzione dello spessore da 2.700 a 6 nm. Inoltre, la conducibilità in funzione della temperatura indicato che i sottili Møse 2 multilayers esposti comportamento semiconduttore notevolmente debole con energie di attivazione di 3,5-8,5 meV, che sono notevolmente inferiori a quelle (36-38 meV) della massa. Probable proprietà di trasporto di superficie dominante e la presenza di una concentrazione di elettroni ad alta superficie di mose 2 sono proposti. Risultati simili possono essere ottenuti per altri materiali semiconduttori come strato MoS 2 e WS 2.
Introduction
Dichalcogenides metalli di transizione (TMD), come MoS 2, Mosè 2, WS 2, e WSE 2, hanno un bidimensionali (2D) struttura dei livelli interessanti e proprietà di semiconduttore 1-3. Gli scienziati hanno recentemente scoperto che la struttura monostrato di MoS 2 mostra una sostanzialmente maggiore efficienza luminescente causa dell'effetto confinamento quantico. La scoperta del nuovo materiale semiconduttore-bandgap diretta ha attirato notevole attenzione 4-7. Inoltre, la struttura dei livelli facilmente spogliato di TMD è una piattaforma eccellente per studiare le proprietà fondamentali dei materiali 2D. Diversamente grafene metallico senza bandgap, TMDs avere caratteristiche intrinseche semiconduttori e hanno un bandgap nell'intervallo 1-2 eV 1,3,8. Le strutture 2D dei composti ternari di TMDs 9 e la possibilità di integrazione di questi composti con grafene forniscono un opp senza precedentiortunity per sviluppare dispositivi elettronici ultrasottili e flessibili.
A differenza di grafene, i valori di temperatura ambiente di mobilità degli elettroni 2D TMD sono ad un livello moderato (1-200 cm 2 V – 1 sec – 1 per AdM 10-17 febbraio; circa il 50 cm 2 V – 1 sec – 1 per MOSE 2 18 ). I valori ottimali di mobilità di grafene sono stati segnalati per essere superiore a 10.000 cm 2 V – 1 sec. – 19-21 Gennaio Tuttavia, semiconduttori monostrati TMD esibiscono ottime prestazioni del dispositivo. Per esempio, il MoS 2 e Mosè 2 monostrati o multistrato ad effetto di campo transistor mostra estremamente elevati on / off rapporti, fino a 10 6 -10 9 10,12,17,18,22. Pertanto, è fondamentale per comprendere le proprietà fondamentali elettriche del TMDs 2D emateriali alla rinfusa ir.
Tuttavia, studi sulle proprietà elettriche dei materiali strati sono stati parzialmente ostacolato a causa della difficoltà nel formare un buon contatto ohmico sui cristalli strato. Tre approcci, maschera ombra di deposizione (SMD) 23, la litografia a fascio di elettroni (EBL) 24,25, e focalizzato-Ion Beam (FIB) deposizione, 26,27 sono stati utilizzati per formare contatti elettrici sui nanomateriali. Poiché SMD genere comporta l'uso di una griglia di rame come maschera, la spaziatura tra i due elettrodi di contatto è prevalentemente maggiore di 10 micron. Diversamente EBL e FIB deposizione deposizione metallica di schiere di elettrodi su un substrato viene effettuata senza targeting o selezionando nanomateriali di interesse nel metodo SMD. Questo approccio non può garantire che i modelli in metallo sono depositati correttamente sui nanomateriali individuali come gli elettrodi. Il risultato del metodo SMD ha un elemento di fortuna. I metodi di deposizione EBL e FIB sono utilizzati nelmicroscopio elettronico a scansione di sistema (SEM); i nanomateriali possono essere osservati direttamente e selezionati per l'elettrodo di deposizione. Inoltre, EBL può essere utilizzato per fabbricare facilmente elettrodi metallici con uno spessore di linea ed un elettrodo di contatto spaziatura inferiore a 100 nm. Tuttavia, il residuo resist sulla superficie nanomateriale sinistra durante litografia comporta inevitabilmente la formazione di uno strato isolante tra l'elettrodo metallico e il nanomateriale. Così, EBL porta ad alta resistenza di contatto.
Il vantaggio principale di fabbricazione di elettrodi attraverso FIB deposizione è che porta a bassa resistenza di contatto. Poiché deposizione metallo viene eseguita dalla decomposizione di un precursore organometallico utilizzando un fascio di ioni nella zona definita, deposizione di metalli e bombardamento ionico si verificano simultaneamente. Ciò potrebbe distruggere all'interfaccia metallo-semiconduttore e prevenire la formazione di contatto Schottky. Bombardamento ionico può anche eliminare gli agenti inquinanti di superficie come Hydrocarbons e ossidi nativi, che diminuisce la resistenza di contatto. Ohmico fabbricazione contatto attraverso FIB deposizione è stata dimostrata per diverse nanomateriali 27-29. Inoltre, l'intera procedura di fabbricazione nell'approccio FIB deposizione è semplificata rispetto al EBL.
Come strato semiconduttori mostrano tipicamente altamente anisotropa conduzione elettrica, la conduttività nella direzione strato per strato è di diversi ordini di grandezza inferiore a quella nella direzione 30,31 nel piano. Questa caratteristica aumenta la difficoltà di fabbricare contatti ohmici e determinazione conduttività elettrica. Pertanto, in questo studio, FIB deposizione è stata utilizzata per studiare le proprietà elettriche di nanostrutture strato semiconduttore.
Protocol
Representative Results
Discussion
La determinazione accurata del valore σ e la sua dipendenza dimensione nanocristalli strato è altamente dipendente dalla qualità dei contatti elettrici. Il metodo utilizzato per la FIB di deposizione elettrodo metallico deposizione giocato un ruolo cruciale durante lo studio. Secondo elettrica, analisi strutturale, e la composizione, la realizzazione di contatti ohmici stabili ed altamente riproducibili, utilizzando il metodo FIB deposizione nelle MOSE 2 o MoS 2 dispositivi è stata fac…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
RSC thanks the support of the National Science Council (NSC) of Taiwan under Project NSC 102-2112-M-011-001-MY3. YSH acknowledges the support of the NSC of Taiwan under Project NSC 100-2112-M-011-001-MY3.
Materials
| HRTEM&SEAD | FEI (http://www.fei.com/products/tem/tecnai-g2/?ind=MS) | Tecnai™ G2 F-20 | |
| SEM&EDS | HITACHI (http://www.hitachi-hitec.com/global/em/sem/sem_index.html) | S-3000H | |
| FIB | FEI (http://www.fei.com/products/dualbeam/versa-3d/) | Quanta 3D FEG | |
| AFM | BRUKER (http://www.bruker.com/products/surface-analysis/atomic-force-microscopy/dimension-icon/overview.html) | Dimension Icon | |
| XRD | Bruker (https://www.bruker.com/products/x-ray-diffraction-and-elemental-analysis/x-ray-diffraction/d2-phaser/learn-more.html) | D2 PHASER X-ray Diffractometer | |
| Raman | Renishaw (http://www.renishaw.com/en/renishaw-enhancing-efficiency-in-manufacturing-and-healthcare–1030) | inVia Raman microscope system | |
| Keithley-4200 | keithley (http://www.keithley.com.tw/products/dcac/currentvoltage/4200scs) | 4200scs | |
| ultralow current leakage cryogenic probe station | Lakeshore Cryotronics (http://www.lakeshore.com/) | TTP4 | |
| copper foil tape | 3M (http://solutions.3m.com/wps/portal/3M/en_US/Electronics_NA/Electronics/Products/Product_Catalog/~/3M-Copper-Foil-Shielding-Tape-1182?N=4294300025+5153906&&Nr=AND%28hrcy_id%3A8CQ27CX0WMgs_F2LMWMM6M6_N2RL3FHWVK_GPD0K8BC31gv%29&rt=d) | 1182 | |
| Ag paste | Well-Being (http://www.gredmann.com/about.htm) | MS-5000 | |
| Cu wire | Guv Team (http://www.guvteam.com) | ICUD0D01N | |
| dicing tape | Nexteck (http://www.nexteck-corp.com/tw/product-tape.html) | contact vender | |
| mica | Centenary Electronic (http://100y.diytrade.com/sdp/307600/4/pl-1175840/0.html) | T0-200 | |
| enamel wire | Light-Tech Electronics (http://www.ltc.com.tw/product_info.php/products_id/57631) | S.W.G #38 |
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