Ohmic Contato Fabrication usando uma técnica Focused-ion Beam e caracterização elétrica para camada semicondutora Nanoestruturas
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
Semicondutores camada com estruturas (2D) facilmente transformados bidimensionais exibem transições bandgap indireta-to-direta e desempenho do transistor superiores, o que sugere uma nova direção para o desenvolvimento da próxima geração de ultrafinos e dispositivos fotônicos e eletrônicos flexíveis. Luminescência melhorada eficiência quântica tem sido amplamente observado nestes cristais 2D atomicamente finas. No entanto, não são esperados efeitos dimensão além espessuras de confinamento quântico ou mesmo na escala micrométrica e raramente têm sido observados. Neste estudo, disseleneto de molibdénio (mose 2) camada de cristais com uma gama de espessura de 6-2,700 nm foram fabricados como dispositivos de duas ou de quatro terminais. Formação Conexão condutora foi alcançado com êxito, pelo método de deposição de feixe focalizado-ion (FIB) utilizando platina (Pt) como um metal contato. Cristais camada com várias espessuras foram preparados através de simples esfoliação mecânica usando fita para corte. Measuremen curva corrente-tensãoTS foram realizados para determinar o valor da condutividade dos nanocristais camada. Além disso, microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução,-área selecionada difração de elétrons, e espectroscopia de raios-X de energia dispersiva foram usadas para caracterizar a relação do contato de metal semicondutor dos Mose 2 dispositivos fabricados-FIB. Depois de aplicar as abordagens, a condutividade eléctrica substancial dependente da espessura numa gama ampla de espessura para o mose 2 -layer semicondutor foi observada. A condutividade aumentou em mais de duas ordens de grandeza de 4,6 a 1.500 Ω – 1 cm – 1, com uma diminuição da espessura de 2,700 a 6 nm. Além disso, a condutividade em função da temperatura indicaram que os mose finos multicamadas 2 exibiu um comportamento semicondutor consideravelmente fraco com energias de activação de 3,5-8,5 MeV, que são consideravelmente menores do que aqueles (36-38 MeV) da massa. Probapropriedades de transporte ble dominante da superfície e a presença de uma concentração elevada de electrões na superfície mose 2 são propostas. Resultados semelhantes podem ser obtidos por outros materiais de camada de semicondutores, tais como MoS 2 e WS 2.
Introduction
Dichalcogenides de metais de transição (DTM), tais como MoS 2, mose 2, WS 2, e WsE 2, tem um bidimensional (2D) e a estrutura da camada interessante propriedades semicondutoras 1-3. Os cientistas descobriram recentemente que a estrutura em monocamada de MoS 2 mostra uma eficiência emissora de luz substancialmente aumentada por causa do efeito de confinamento quântico. A descoberta do novo material semicondutor de bandgap direta tem atraído a atenção substancial 4-7. Além disso, a estrutura da camada facilmente descascada do DTM é uma plataforma excelente para o estudo das propriedades fundamentais dos materiais 2D. Ao contrário grafeno metálico sem a banda proibida, DTM têm características inerentes semicondutores e tem uma banda proibida na gama de 1-2 eV 1,3,8. As estruturas 2D dos compostos ternários de DTM 9 e a possibilidade de a integração destes compostos com grafeno fornecer um OPP sem precedentesortunity para desenvolver dispositivos electrónicos ultrafinos e flexíveis.
Ao contrário de grafeno, os valores de mobilidade temperatura ambiente de elétrons de 2D DTMs estão em um nível moderado (1-200 cm 2 V – 1 seg – 1 para a MoS fevereiro 10-17; aproximadamente 50 cm 2 V – 1 seg – 1 para Mose 2 18 ). Os valores óptimos de mobilidade grafeno têm sido referidos como sendo superior a 10.000 cm 2 V – 1 s -. 1 19-21 No entanto, as monocamadas DTM semicondutores exibem excelente desempenho do dispositivo. Por exemplo, os MoS 2 e Mose 2 monocamadas ou multicamadas transistores de efeito de campo exposição extremamente elevados rácios de ligar / desligar, até 10 6 -10 9 10,12,17,18,22. Portanto, é crucial para compreender as propriedades eléctricas fundamentais da DTM 2D eomateriais a granel ir.
No entanto, os estudos sobre as propriedades eléctricas dos materiais da camada tenham sido parcialmente prejudicada por causa da dificuldade de formar um bom contacto óhmico nos cristais da camada. Deposição de três abordagens, a deposição de máscara de sombra (SMD) 23, litografia por feixe de elétrons (EBL) 24,25, e focou-ion beam (FIB), 26,27 têm sido utilizados para formar contatos elétricos em nanomateriais. Porque SMD tipicamente envolve a utilização de uma grelha de cobre como a máscara, o espaçamento entre os dois eléctrodos de contacto é essencialmente maior do que 10 um. Ao contrário EBL e deposição FIB, a deposição de metal de matrizes de eletrodos sobre um substrato é realizada sem segmentação ou selecionando nanomateriais de interesse no método de SMD. Esta abordagem não pode garantir que os padrões de metais são correctamente depositadas sobre nanomateriais individuais como os eletrodos. O resultado do método de SMD tem um elemento de sorte. Os métodos de deposição EBL FIB e são usados namicroscopia eletrônica de varredura de sistema (SEM); nanomateriais podem ser diretamente observados e selecionados para deposição do eletrodo. Além disso, EBL pode ser facilmente utilizado para o fabrico de eléctrodos de metal com uma largura de linha e um eléctrodo de contacto espaçamento menor do que 100 nm. No entanto, a resistir residual na superfície nanomaterial deixado durante litografia inevitavelmente resulta na formação de uma camada isoladora entre o eléctrodo de metal e nanomaterial. Assim, EBL leva a alta resistência de contato.
A principal vantagem de fabricação eletrodo através da deposição FIB é que ele leva a baixa resistência de contato. Porque a deposição de metal é realizada pela decomposição de um precursor organometálico, utilizando um feixe de iões na zona definida, de deposição de metal e bombardeamento iónico ocorrer simultaneamente. Isto poderia destruir a interface metal-semicondutor e prevenir a formação de contacto Schottky. Bombardeamento de iões também podem eliminar contaminantes da superfície, tais como Hydrocarbons e os óxidos nativos, o que diminui a resistência de contato. Fabricação Conexão condutora através da deposição FIB foi demonstrada durante diferentes nanomateriais 27-29. Além disso, o processo de fabricação de todo na abordagem deposição FIB é mais simples do que no EBL.
Como mostram tipicamente semicondutores camada de condução eléctrica altamente anisotrópica, a condutividade na direcção camada-a-camada é várias ordens de grandeza mais baixa do que na direcção no plano 30,31. Esta característica aumenta a dificuldade de fabrico de contactos óhmicos e a determinação da condutividade eléctrica. Portanto, neste estudo, a deposição de FIB foi utilizado para estudar as propriedades eléctricas de nanoestruturas camada de semicondutor.
Protocol
Representative Results
Discussion
A determinação exacta do valor σ e a sua dimensão na dependência dos nanocristais camada é altamente dependente da qualidade dos contactos eléctricos. O método utilizado para a deposição de FIB deposição eléctrodo metálico desempenhado um papel crucial durante todo o estudo. De acordo com eléctrico, estrutural, e análise da composição, a fabricação de contactos óhmicos estáveis e altamente reprodutível, utilizando o método de deposição de FIB, em mose 2 ou MoS 2</…
Declarações
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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