Summary

उपकरण निर्माण के लिए संक्रमण धातु फिल्मों के Sulfurization के माध्यम से बड़े क्षेत्र ऊर्ध्वाधर 2d क्रिस्टल Hetero-संरचनाओं की तैयारी

Published: November 28, 2017
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Summary

पूर्व जमा संक्रमण धातुओं के sulfurization के माध्यम से, बड़े क्षेत्र और ऊर्ध्वाधर 2d क्रिस्टल hetero-संरचनाओं गढ़े जा सकता है । इस रिपोर्ट में फिल्म के स्थानांतरण और डिवाइस निर्माण प्रक्रियाओं का भी प्रदर्शन किया गया है ।

Abstract

हमने दिखा दिया है कि संक्रमण धातु फिल्मों के sulfurization के माध्यम से इस तरह के रूप में मोलिब्डेनम (मो) और टंगस्टन (डब्ल्यू), बड़े क्षेत्र और समान संक्रमण धातु dichalcogenides (TMDs) राज्यमंत्री2 और WS2 नीलमणि सब्सट्रेट पर तैयार किया जा सकता है । धातु फिल्म मोटाई को नियंत्रित करके, अच्छी परत संख्या नियंत्रण, TMDs की एक परत को नीचे, इस वृद्धि तकनीक का उपयोग कर प्राप्त किया जा सकता है । मो सल्फर की कमी हालत के तहत सल्फर फिल्म से प्राप्त परिणामों के आधार पर, वहां के दो तंत्र है (एक) planar राज्यमंत्री2 विकास और (ख) मो ऑक्साइड अलगाव sulfurization प्रक्रिया के दौरान मनाया । जब पृष्ठभूमि सल्फर पर्याप्त है, planar TMD वृद्धि प्रमुख विकास तंत्र है, जो sulfurization प्रक्रिया के बाद एक समान राज्यमंत्री2 फिल्म में परिणाम होगा । यदि पृष्ठभूमि सल्फर की कमी है, मो ऑक्साइड अलगाव sulfurization प्रक्रिया के प्रारंभिक चरण में प्रमुख विकास तंत्र होगा । इस मामले में, कुछ परत राज्यमंत्री2 के साथ कवर मो ऑक्साइड क्लस्टर के साथ नमूना प्राप्त किया जाएगा । के बाद अनुक्रमिक मो जमाव/sulfurization और डब्ल्यू साठा/sulfurization प्रक्रियाओं, ऊर्ध्वाधर WS2/MoS2 hetero-संरचनाओं इस विकास तकनीक का उपयोग कर स्थापित कर रहे हैं । रमन2 और राज्यमंत्री2, क्रमशः, और hetero के समान परत की संख्या अलग 2d सामग्री के योग के साथ संरचना की इसी चोटियों को इसी ऊर्ध्वाधर 2 डी क्रिस्टल के सफल स्थापना की पुष्टि की है hetero-संरचना । पूर्व के साथ एक सिइओ2/Si सब्सट्रेट पर2/MoS2 फिल्म के हस्तांतरण के बाद पैटर्न स्रोत/नाली इलेक्ट्रोड, एक नीचे गेट ट्रांजिस्टर गढ़े है. केवल राज्यमंत्री2 चैनलों के साथ ट्रांजिस्टर के साथ तुलना में, WS2/MoS2 hetero-संरचना के साथ डिवाइस की उच्च नाली धाराओं कि 2 डी क्रिस्टल hetero की शुरूआत के साथ प्रदर्शन किया है-संरचनाओं, सुपीरियर डिवाइस प्रदर्शन प्राप्त किया जा सकता है । परिणामों के 2 डी क्रिस्टल के व्यावहारिक आवेदन के लिए इस वृद्धि तकनीक की क्षमता से पता चला है ।

Introduction

2 डी क्रिस्टल फिल्मों को प्राप्त करने के लिए सबसे आम तरीकों में से एक थोक सामग्री1,2,3,4,5से यांत्रिक छूटना का उपयोग कर रहा है । हालांकि उच्च क्रिस्टलीय गुणवत्ता के साथ 2d क्रिस्टल फिल्मों को आसानी से इस पद्धति का उपयोग कर प्राप्त किया जा सकता है, स्केलेबल 2 डी क्रिस्टल फिल्मों इस दृष्टिकोण है, जो व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए वंचित है के माध्यम से उपलब्ध नहीं हैं । यह पिछले प्रकाशनों में प्रदर्शन किया गया है कि रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी), बड़े क्षेत्र और वर्दी 2d क्रिस्टल फिल्मों का उपयोग कर6,7,8,9तैयार किया जा सकता है । नीलम सब्सट्रेट और लेयर नंबर-नियंत्रणीय राज्यमंत्री2 फिल्मों पर ग्राफीन की प्रत्यक्ष वृद्धि समान विकास चक्र को दोहराते हुए तैयार किया गया है भी सीवीडी विकास तकनीक10,11का उपयोग कर प्रदर्शित कर रहे हैं । एक हाल ही में प्रकाशन में, विमान ब्राउज़2/MoS2 hetero संरचना गुच्छे भी सीवीडी विकास तकनीक12का उपयोग कर गढ़े हैं । हालांकि सीवीडी विकास तकनीक स्केलेबल 2d क्रिस्टल फिल्ंस प्रदान करने में होनहार है, इस विकास तकनीक के प्रमुख नुकसान यह है कि विभिंन अग्रदूतों अलग 2d क्रिस्टल के लिए स्थित होना है । विकास की स्थिति भी अलग 2d क्रिस्टल के बीच बदलती हैं । इस मामले में, विकास प्रक्रियाओं और अधिक जटिल हो जाएगा जब मांग 2d क्रिस्टल hetero-संरचनाओं के लिए बढ़ता है ।

सीवीडी विकास तकनीक के साथ तुलना में, पूर्व जमा संक्रमण धातु फिल्मों के sulfurization TMDs13,14के लिए एक समान लेकिन बहुत सरल वृद्धि दृष्टिकोण प्रदान की गई है । चूंकि वृद्धि प्रक्रिया केवल धातु जमाव और निंनलिखित sulfurization प्रक्रिया शामिल है, यह एक ही विकास प्रक्रियाओं के माध्यम से अलग TMDs विकसित करने के लिए संभव है । दूसरी ओर, 2d क्रिस्टल की परत संख्या नियंत्रण भी पूर्व जमा संक्रमण धातु मोटाई को बदलने के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है । इस मामले में, एक परत के लिए विकास अनुकूलन और परत संख्या नियंत्रण नीचे अलग TMDs के लिए आवश्यक हैं । विकास तंत्र को समझना भी जटिल TMD hetero की स्थापना के लिए बहुत महत्वपूर्ण है-इस पद्धति का उपयोग संरचनाओं ।

इस पत्र में, राज्यमंत्री2 और WS2 फिल्मों sulfurization प्रक्रिया के बाद धातु जमाव की इसी तरह की वृद्धि प्रक्रियाओं के तहत तैयार कर रहे हैं । सल्फर पर्याप्त और कमी की स्थिति के तहत एमओ फिल्मों के sulfurization से प्राप्त परिणामों के साथ, दो विकास तंत्र sulfurization प्रक्रिया के दौरान मनाया जाता है15. सल्फर पर्याप्त शर्त के तहत sulfurization प्रक्रिया के बाद एक समान और लेयर नंबर-कंट्रोल करने वाली राज्यमंत्री2 फिल्म प्राप्त की जा सकती है । जब नमूना सल्फर की कमी की स्थिति के तहत सल्फर है, पृष्ठभूमि सल्फर एक पूर्ण राज्यमंत्री2 फिल्म बनाने के लिए पर्याप्त नहीं है इस तरह कि मो ऑक्साइड अलगाव और संमिलन जल्दी विकास के चरण में प्रमुख तंत्र हो जाएगा. मो आक्साइड के साथ एक नमूना राज्यमंत्री2 के कुछ परतों से आच्छादित क्लस्टर sulfurization प्रक्रिया15के बाद प्राप्त किया जाएगा । अनुक्रमिक धातु जमाव और निंनलिखित sulfurization प्रक्रियाओं के माध्यम से,2/MoS2 कार्यक्षेत्र hetero-संरचनाओं परत संख्या नियंत्रण के साथ नीचे एक परत के लिए तैयार किया जा सकता है15,16। इस तकनीक का प्रयोग, एक नमूना चार क्षेत्रों के साथ एक एकल नीलमणि सब्सट्रेट पर प्राप्त की है: (I) रिक्त नीलमणि सब्सट्रेट, (II) स्टैंडअलोन राज्यमंत्री2, (III) WS2/MoS2 hetero-संरचना, और (IV) स्टैंडअलोन ws217 . परिणाम प्रदर्शित करता है कि विकास तकनीक कार्यक्षेत्र 2d क्रिस्टल hetero-संरचना की स्थापना के लिए लाभप्रद है और चयनात्मक विकास में सक्षम है । 2 डी क्रिस्टल hetero के बढ़ाया डिवाइस प्रदर्शन-संरचनाओं 2d क्रिस्टल के लिए व्यावहारिक अनुप्रयोगों की ओर पहला कदम निशान होगा ।

Protocol

1. व्यक्तिगत 2d सामग्री के विकास (राज्यमंत्री2 और WS2) संक्रमण धातु जमाव एक आरएफ sputtering प्रणाली का उपयोग एक साफ 2 एक्स 2 सेमी2 नीलमणि सब्सट्रेट संक्रमण धातु जमाव के लिए sputtering प्रणाली के ल?…

Representative Results

रमन स्पेक्ट्रम और क्रॉस-अनुभागीय HRTEM छवियों के व्यक्तिगत राज्यमंत्री2 और WS2 के sulfurization का उपयोग कर गढ़े पूर्व जमा संक्रमण धातुओं आंकड़ा 1a-b17, क्रमशः में दिखाए ?…

Discussion

ऐसे एसआई और GaAs के रूप में पारंपरिक अर्धचालक सामग्री के साथ तुलना में, डिवाइस अनुप्रयोगों के लिए 2d सामग्री का लाभ बहुत पतली शरीर के साथ डिवाइस निर्माण की संभावना में निहित है कई परमाणु परतों के लिए नीचे । ?…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

इस काम के हिस्से में सबसे 105-2221-E-001-011-MY3 और सबसे 105-2622-8-002-001 विज्ञान और प्रौद्योगिकी, ताइवान के मंत्रालय द्वारा वित्त पोषित परियोजनाओं द्वारा समर्थित किया गया था, और भाग में एप्लाइड साइंसेज, शिक्षा Sinica के लिए अनुसंधान केंद्र द्वारा वित्त पोषित परियोजना द्वारा वित्तपोषित, ताइवान.

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

Riferimenti

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Citazione di questo articolo
Wu, C., Chu, T., Chen, K., Lin, S. Preparation of Large-area Vertical 2D Crystal Hetero-structures Through the Sulfurization of Transition Metal Films for Device Fabrication. J. Vis. Exp. (129), e56494, doi:10.3791/56494 (2017).

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