Ohmsche Kontakt Fabrication unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahl-Technik und Elektrische Charakterisierung für Layer-Halbleiter-Nanostrukturen
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
Schicht Halbleiter mit leicht verarbeitet zweidimensionale (2D) Strukturen aufweisen indirekten zu direkten Bandlückenübergänge und überlegene Transistorleistung, die eine neue Richtung für die Entwicklung der nächsten Generation von ultradünnen und flexiblen photonischen und elektronischen Geräten vor. Verbesserte Lumineszenzquantenausbeute wurde weit verbreitet in diesen atomar dünnen 2D-Kristallen beobachtet. Allerdings sind Dimension Wirkungen über Quanten-Confinement-Dicken oder sogar auf der Mikrometerskala nicht erwartet und wurden selten beobachtet. In dieser Studie Molybdändiselenid (MoSe 2 Schicht) Kristalle mit einer Dicke im Bereich von 6-2,700 nm als Zwei- oder Vier-Anschluß-Vorrichtungen hergestellt wurden. Ohmsche Kontaktbildung wurde erfolgreich durch den fokussierten Ionenstrahl (FIB) Abscheidungsverfahren unter Verwendung von Platin (Pt) als Kontaktmetall erreicht. Schicht-Kristalle mit verschiedenen Dicken wurden durch einfache mechanische Peeling mit Hilfe Vereinzelungsfolie hergestellt. Strom-Spannungskurve Messung!ts wurden durchgeführt, um die Leitfähigkeit der Schicht-Nanokristalle zu bestimmen. Darüber hinaus hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie, ausgewählt Bereichselektronenbeugung und Energiedispersive Röntgenspektroskopie wurden verwendet, um die Schnittstelle des Metall-Halbleiter-Kontakt der FIB fertigter MoSe 2 Geräte charakterisieren. Nach dem Aufbringen der Ansätze wurde die wesentliche Dicke abhängigen elektrischen Leitfähigkeit in einem breiten Dickenbereich für die MoSe 2 -Schicht Halbleiter beobachtet. Die Leitfähigkeit um mehr als zwei Größenordnungen von 4,6 erhöht, um 1.500 Ω – 1 cm – 1, mit einer Abnahme in der Dicke von 2,700 bis 6 nm. Darüber hinaus zeigte die temperaturabhängige Leitfähigkeit, dass die dünnen MoSe 2 Multischichten zeigten deutlich schwach halbleitendes Verhalten mit Aktivierungsenergien von 3,5 bis 8,5 meV, was beträchtlich kleiner als jene (36-38 meV) des Schütt sind. Probable oberflächen dominant Transporteigenschaften und die Anwesenheit einer hohen Oberflächenelektronenkonzentration in MoSe 2 vorgeschlagen. Ähnliche Ergebnisse können für andere Schicht Halbleitermaterialien, wie MoS 2 und WS 2, erhalten werden.
Introduction
Übergang Metalldichalcogenide (TMD), wie MoS 2, MoSe 2, WS 2 und WSe 2, haben eine interessante zweidimensionale (2D) Schichtstruktur und Halbleitereigenschaften 1-3. Forscher haben kürzlich entdeckt, dass die Monostruktur von MoS 2 zeigt eine wesentlich verbesserte Effizienz der Lichtemission aufgrund der Quantenbegrenzungseffekt. Die Feststellung des neuen direkten Bandlücke-Halbleitermaterial hat erhebliche Aufmerksamkeit 4-7 angezogen. Darüber hinaus ist die leicht abgestreift Schichtstruktur der TMDs eine hervorragende Plattform für die Untersuchung der grundlegenden Eigenschaften von 2D-Materialien. Im Gegensatz zu metallischen Graphen ohne die Bandlücke haben Schwingungstilger inhärent halbleitende Eigenschaften und eine Bandlücke im Bereich von 1-2 eV 1,3,8. Die 2D-Strukturen der ternäre Verbindungen TMDS 9 und der Möglichkeit einer Integration dieser Verbindungen mit Graphen stellen eine beispiellose opportunity um ultradünne und flexible elektronische Geräte zu entwickeln.
Im Gegensatz zu Graphen, sind die Raumtemperatur Elektronenbeweglichkeit Werte der 2D TMDs in mäßiger Lautstärke (1-200 cm 2 V – 1 s – 1 für MoS Februar 10-17, ca. 50 cm 2 V – 1 s – 1 für Mose 2 18 ). Die optimale Bewegungswerte von Graphen ist berichtet worden, höher als 10.000 cm 2 V – 1 Sek. – 19-21 Januar Dennoch halb TMD Monoschichten weisen eine ausgezeichnete Leistung der Vorrichtung. Zum Beispiel können die MoS 2 und MoSe 2 Monolagen oder Multilayer-Feldeffekttransistoren zeigen extrem hohe Ein- / Aus-Verhältnisse von bis zu 10 6 bis 10 9 10,12,17,18,22. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, um die grundlegenden elektrischen Eigenschaften der 2D TMDs und zu verstehen, dieir Schüttgut.
Jedoch Untersuchungen der elektrischen Eigenschaften der Schichtmaterialien wurden teilweise aufgrund der Schwierigkeit bei der Bildung von guten ohmschen Kontakt auf der Schicht Kristalle behindert. Drei Ansätze, Schattenmaskenabscheidung (SMD) 23, Elektronenstrahllithographie (EBL) 24,25 und fokussierten Ionenstrahl (FIB) Abscheidung 26,27 verwendet worden, um elektrische Kontakte an Nanomaterialien zu bilden. Da SMD beinhaltet typischerweise die Verwendung einer Kupfergitter als Maske, der Abstand zwischen zwei Kontaktelektroden zumeist mehr als 10 um. Im Gegensatz EBL und FIB Abscheidung, Metallabscheidung von Elektroden-Arrays auf einem Substrat ohne Targeting oder Auswählen Nanomaterialien von Interesse in dem SMD-Verfahren durchgeführt. Dieser Ansatz kann nicht garantieren, dass die Metallmuster korrekt auf einzelne Nano als Elektroden abgeschieden. Das Ergebnis der SMD Methode hat ein Element des Zufalls. Die EBL und FIB Abscheidungsverfahren sind in der verwendeteRasterelektronenmikroskopsystem (SEM); Nanomaterialien können direkt beobachtet und für Elektrodenabscheidung gewählt werden. Zusätzlich kann EBL verwendet, um einfach zu fertigen Metallelektroden mit einer Linienbreite und einem Kontaktelektrodenabstand kleiner als 100 nm ist. Das restliche Resist jedoch auf der Oberfläche während der Nanolithographie unweigerlich zur Bildung einer isolierenden Schicht zwischen der Metallelektrode und des Nanomaterials überlassen. Somit führt EBL hohen Kontaktwiderstand.
Der Hauptvorteil der Elektrodenherstellung durch FIB Abscheidung ist, dass es um einen geringen Kontaktwiderstand führt. Weil Metallabscheidung wird durch die Zersetzung einer metallorganischen Vorläufers durch Verwendung eines Ionenstrahls auf den definierten Bereich durchgeführt wird, eine Metallabscheidung und Ionenbeschuss gleichzeitig auftreten. Dies könnte das Metall-Halbleiter-Grenzfläche zerstört und die Bildung von Schottky-Kontakt. Ionenbeschuß können Oberflächenverunreinigungen, wie beispielsweise Kohlenwasser beseitigenbons und native Oxide, die Kontaktwiderstand verringert. Ohmsche Kontaktherstellung durch FIB Abscheidung wurde für verschiedene Nanomaterialien 27-29 nachgewiesen. Darüber hinaus ist das gesamte Herstellungsverfahren in der FIB Abscheidungs Ansatz einfacher ist als die in EBL.
Wie Schichthalbleiter zeigen typischerweise stark anisotropen elektrischen Leitfähigkeit ist die Leitfähigkeit in der Schicht-zu-Schicht-Richtung mehrere Größenordnungen niedriger als der in der in der Ebene liegenden Richtung 30,31. Dieses Merkmal erhöht die Schwierigkeit der Herstellung ohmscher Kontakte und zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit. Daher wird in dieser Studie FIB Abscheidung wurde für die Untersuchung der elektrischen Eigenschaften der Schicht Halbleiternanostrukturen eingesetzt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die genaue Bestimmung der σ-Wert und seine Abmessung in Abhängigkeit der Schichtnanokristallen ist stark abhängig von der Qualität der elektrischen Kontakte. Die für die Metallelektrode Abscheidung verwendet FIB-Abscheidungsverfahren eine entscheidende Rolle spielte während der gesamten Studie. Je nach den elektrischen, strukturellen und die Analysen der Zusammensetzung, die Herstellung von stabilen und hoch reproduzierbare ohmsche Kontakte mit FIB-Abscheidungsverfahren, in den MoSe 2 oder MoS …
Disclosures
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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