Diese Arbeit wurde von der National Science Council, Taiwan unter Vertrag Nein unterstützt DIE MEISTEN 105-2112-M-003-016-MY3. Diese Arbeit war auch Teil der nationalen Nano Gerät Laboratorien und Elektronenstrahl-Labor in der Elektrotechnik der National Taiwan University unterstützt.

(1) 2D Quasi Heterojunction Transistoren Fertigungsprozess
<ol><li>Bereiten Sie kommerzielle c-Ebene Saphir.<ol>
<li>Reinigen Sie den völlig einseitig geschliffenen Saphir (2 Zoll) mit Aceton.</li>
		<li>Spülen Sie das Saphire Substrat mit Isopropyl-Alkohol.</li>
	</ol></li>
	<li>Wachsen Sie MoS2 auf Saphir Substrat mit CVD in einem warm-Wand-Ofen.<ol>
<li>Statt 0,6 g Molybdän trioxid (MoO3) Pulver in einem quarzboot befindet sich an der Heizung Zone Mitte des Ofens. Setzen Sie das Saphire Substrat flussabwärts neben das quarzboot mit dem MoO3 Pulver.</li>
		<li>Schwefel (S) Pulver in einem separaten quarzboot auf den vorgelagerten Seite des Ofens vorzubereiten. Halten Sie die Temperatur auf 190 ° C während der Reaktion.</li>
		<li>Verwenden von Argon (Ar = 70 Sccm, 40 Torr) gas-Durchfluss, S und MoO3 Dämpfe zum Saphir Substrat zu bringen, während das Zentrum Heizzone bis 750 ° C.</li>
		<li>Halten Sie die Heizzone nach Erreichen der gewünschten Wachstum Temperatur von 750 ° C für 15 min und dann natürlich der Ofen auf Raumtemperatur abkühlen.</li>
	</ol></li>
	<li>Durchführen Sie EBL. Hinweis: Eine dünne Au von ca. 5 nm wurde durch Sputtern für die Entladung bei allen EBL-Prozessen auf Saphir Substrat abgeschieden<ol>
<li>Identifizieren, mit einem optischen Mikroskop, ein Gebiet, wo MoS2 Monolage Flocken beobachtet werden, dann das Layout Streifen Muster für diesen speziellen Bereich mit einem Design-Software (AutoCAD).</li>
		<li>Spin-Mantel Fotolack (PR), zum Beispiel Polymethyl Methacrylat (PMMA) oder P015, auf Probe bei 2000 u/min für 60 s (Raumtemperatur). Sicherstellen Sie, dass die PR die gesamte Probe nach Spin Beschichtung bedeckt hat.</li>
		<li>Erhitzen die Probe (weiche Backen) bei 100 ° C für 90 s um verdunsten der Lösungsmittel in der PR und verbessern die Haftung.</li>
		<li>Die Muster-Layout im Schritt 1.3.1 in einer bestimmten Datei umwandeln (Beispiel: GDS-Datei), und laden Sie sie in der EBL-Software.</li>
		<li>Die ideale Dosis des Elektronenstrahls basierend auf der Breite der Linien im Layout zu bestimmen. Hinweis: Für die Linienbreite schmaler als 1 µm ist die ideale Dosis des Elektronenstrahls 110 µC/cm2; für 1 bis 5 µm Breite ist die Dosis 100 µC/cm2; und für die Breite größer als 5 µm, die Dosis beträgt 80 µC/cm2.</li>
		<li>Verfügbarmachen der Probe Elektronenstrahl zu starten.</li>
		<li>Legen Sie Post Exposure Bake (PEB) auf die Probe nach der Exposition um die stehende Welle Auswirkungen zu verringern. Erhitzen die Probe bei 120 ° C für 90 s.</li>
		<li>Verwenden Sie Tetramethylammonium Hydroxid (TMAH) 2,38 % als Entwickler. Eintauchen die Probe TMAH für 80 S. Auswaschen der TMAH mit 200 mL entionisiertem Wasser für 10 s.</li>
		<li>Prüfen Sie, ob das Muster auch durch optische Mikroskopie entwickelt wird.</li>
		<li>Durchführung von harten Backen get rid of Extrawasser in PR. Hitze der Probe bei 110 ° C für 90 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Definieren Sie die Streifen-Strukturen mit 50 W Sauerstoff (O2) Plasma Ätzen (1St Etching) für 30 s bis 2 min und entfernen PR mit 50 mL Aceton.</li>
	<li>Wolfram Diselenide (WSe2) mit CVD auf die Zielposition, was zu einem bevorzugten Wachstum von WSe2 Schicht zwischen den bereits bestehenden MoS2 Streifen auf dem Saphir Substrat führt zu wachsen.<ol>
<li>Statt 0,6 g Wolfram trioxid (WO3) Pulver in einem quarzboot befindet sich an der Heizung Zone Mitte des Ofens. Setzen Sie das Saphire Substrat flussabwärts neben das quarzboot mit dem WO3 Pulver.</li>
		<li>Bereiten Sie Selen (Se) Pulver in einem separaten quarzboot auf den vorgelagerten Seite des Ofens. Behalten Sie die Temperatur bei 260 ° C während der Reaktion.</li>
		<li>Verwenden Sie Ar/H2 (Ar = 90 Sccm, H2 = 6 Sccm, 20 Torr) gas-Durchfluss, Se und WO3 Dämpfe zum Saphir Substrat zu bringen, während das Zentrum Heizzone bis 925 ° C.</li>
		<li>Halten Sie die Heizzone nach Erreichen der gewünschten Wachstum Temperatur von 925 ° C für 15 min und dann natürlich der Ofen auf Raumtemperatur abkühlen.</li>
	</ol></li>
	<li>Die Metall-Pad-Arrays und Ausrichtungsmarken zu fabrizieren.<ol>
<li>Auf der Folie die Muster der Metal Pad Arrays und Ausrichtung der Photolithographie Musterung Technik verwenden.</li>
		<li>Anzahlung 20 nm/60 nm Ti/Au mit Elektronenkanone Verdampfer. Hinweis: Gold wird verwendet, um die Oxidation der Metall-Pads zu vermeiden.</li>
		<li>Bereiten Sie und Tauchen Sie die Probe auf 100 mL Aceton auflösen PR und Lift-Off durchzuführen. Schütteln Sie und sprengen Sie das Aceton bei der Überwachung des gesamten Prozesses über optische Mikroskopie bis die Metall Pads sichtbar.</li>
	</ol></li>
	<li>Führen Sie einen anderen EBL-Prozess um eine Multifunktionsleiste Form auf die MoS2- WSe2 Heterojunction Musterüberlagerung.<ol>
<li>Messen Sie die Koordinate Verschiebung zwischen den Zielregionen in MoS2- WSe2 Heterojunction und der optischen Mikroskopie mit Ausrichtungsmarken und das Menüband-Form-Layout basierend auf diese Messungen mit Hilfe einer Software (AutoCAD).</li>
		<li>Spin-Mantel PR, z. B. PMMA oder P015, auf Probe bei 2000 u/min für 60 s (Raumtemperatur). Sicherstellen Sie, dass die PR die gesamte Probe nach Spin Beschichtung bedeckt hat.</li>
		<li>Erhitzen die Probe (weiche Backen) bei 100 ° C für 90 s um verdunsten der Lösungsmittel in der PR und verbessern die Haftung.</li>
		<li>Die Muster-Layout im Schritt 1.7.1 in einer bestimmten Datei umwandeln (Beispiel: GDS-Datei), und laden Sie sie in der EBL-Software.</li>
		<li>Die ideale Dosis des Elektronenstrahls basierend auf der Breite der Linien im Layout zu bestimmen. Hinweis: Für die Linienbreite schmaler als 1 µm ist die ideale Dosis des Elektronenstrahls 110 µC/cm2; für 1 bis 5 µm Breite ist die Dosis 100 µC/cm2; und für die Breite größer als 5 µm, die Dosis beträgt 80 µC/cm2.</li>
		<li>Die EBL-Maschine so eingestellt, dass die Position der Ausrichtungsmarken im Saphir Substrat seine Entsprechung im Layout entspricht.</li>
		<li>Verfügbarmachen der Probe Elektronenstrahl zu starten.</li>
		<li>Gelten Sie PEB auf der Probe nach der Belichtung um die stehende Welle Auswirkungen zu reduzieren. Erhitzen die Probe bei 120 ° C für 90 s.</li>
		<li>Verwenden Sie TMAH 2,38 % als Entwickler. Eintauchen die Probe TMAH für 80 S. Auswaschen der TMAH mit 200 mL entionisiertem Wasser für 10 s.</li>
		<li>Prüfen Sie, ob das Muster auch durch optische Mikroskopie entwickelt wird.</li>
		<li>Durchführung von harten Backen get rid of Extrawasser in PR. Hitze der Probe bei 110 ° C für 90 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Verwenden Sie O2 Plasma Ätzen (2Nd Etching), um eine Band geformten seitlichen Heterojunction definieren, und entfernen Sie PR durch Aceton.</li>
	<li>Führen Sie den EBL-Prozess, um von der Ti/Au Metallelektroden Musterüberlagerung.<ol>
<li>Messen Sie die Koordinate Verschiebung zwischen den Zielregionen in MoS2- WSe2 Heterojunction und der optischen Mikroskopie mit Ausrichtungsmarken und das Metall-Elektrode Layout basierend auf diese Messungen mit Hilfe einer Software (AutoCAD).</li>
		<li>Spin-Mantel PR, z. B. PMMA oder P015, auf Probe bei 2000 u/min für 60 s (Raumtemperatur). Sicherstellen Sie, dass die PR die gesamte Probe nach Spin Beschichtung bedeckt hat.</li>
		<li>Erhitzen die Probe (weiche Backen) bei 100 ° C für 90 s um verdunsten der Lösungsmittel in der PR und verbessern die Haftung.</li>
		<li>Die Muster-Layout im Schritt 1.9.1 in einer bestimmten Datei umwandeln (Beispiel: GDS-Datei), und laden Sie sie in der EBL-Software.</li>
		<li>Die ideale Dosis des Elektronenstrahls basierend auf der Breite der Metall-Leitungen im Layout zu bestimmen. Hinweis: Für Metall Linienbreite schmaler als 1 µm ist die ideale Dosis des Elektronenstrahls 110 µC/cm2; für 1 bis 5 µm Breite ist die Dosis 100 µC/cm2; und für die Breite größer als 5 µm, die Dosis beträgt 80 µC/cm2.</li>
		<li>Die EBL-Maschine so eingestellt, dass die Positionen der Ausrichtungsmarken im Saphir Substrat passt seine Entsprechung im Layout.</li>
		<li>Verfügbarmachen der Probe Elektronenstrahl zu starten.</li>
		<li>Gelten Sie PEB auf der Probe nach der Belichtung um die stehende Welle Auswirkungen zu reduzieren. Erhitzen die Probe bei 120 ° C für 90 s.</li>
		<li>Verwenden Sie TMAH 2,38 % als Entwickler. Eintauchen die Probe TMAH für 80 S. Auswaschen der TMAH mit 200 mL entionisiertem Wasser für 10 s.</li>
		<li>Prüfen Sie, ob das Muster auch durch optische Mikroskopie entwickelt wird.</li>
		<li>Durchführung von harten Backen get rid of Extrawasser in PR. Hitze der Probe bei 110 ° C für 90 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Ti/Au Metallabscheidung und Lift-Off durchführen<ol>
<li>Einzahlen Ti/Au Metall mit Elektronenkanone Verdampfer mit der Dicke von weniger als 100 nm, andernfalls wird es schwierig, die PR und das unerwünschte Metall durch Lift-Off zu entfernen sein.</li>
		<li>Bereiten Sie und Tauchen Sie die Probe auf 100 mL Aceton auflösen PR und Lift-Off durchzuführen. Schütteln Sie und sprengen Sie das Aceton bei der Überwachung des gesamten Prozesses über optische Mikroskopie bis gibt es nur Metall-Leitungen und Pads Links.</li>
	</ol></li>
	<li>Durchführen Sie die EBL-Prozess im Schritt 1,9 aber überlagern Sie die Pd/Au-Metall-Elektrode Muster statt Ti/Au.</li>
	<li>Die Metall-Ablagerungen und Lift-Off-Prozess im Schritt 1.10 durchführen, aber Pd/Au statt Ti/Au zu hinterlegen.</li>
</ol>2. 2D zurück-gated Transistoren Fertigungsprozess
<ol><li>Rücken-gated Si/SiO2 Substrate mit Ausrichtungsmarken vorzubereiten.<ol>
<li>Bereiten Sie selbstgemacht oder kommerzielle SiO2/Si Substrat.</li>
		<li>Verwenden Sie Photolithographie oder EBL Musterung Techniken um die Ausrichtung der Marke zu definieren.</li>
		<li>Durchführen Sie reaktive Ionen Ätzen (RIE) auf dem SiO2/Si Substrat, bis die Gesamttiefe des Zielbereichs 1000 nm erreicht, und entfernen Sie die PR O2 Plasma, die gebildeten Ausrichtungsmarken zu offenbaren.</li>
		<li>Die Muster der Metal Pad Arrays mit Photolithographie Musterung Technik zu überlagern.</li>
		<li>Anzahlung 20 nm/60 nm Ti/Au mit Elektronenkanone Verdampfer. Hinweis: Gold wird zur Oxidation der Metall-Pads zu vermeiden.</li>
		<li>Bereiten Sie und Tauchen Sie die Probe auf 100 mL Aceton auflösen PR und Lift-Off durchzuführen. Schütteln Sie und sprengen Sie das Aceton bei der Überwachung des gesamten Prozesses durch optische Mikroskopie bis die Metall Pads sichtbar.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Führen Sie CVD MoS2 auf Saphir Substrat in einem warm-Wand-Ofen.<ol>
<li>Statt 0,6 g MoO3 Pulver in einem quarzboot befindet sich an der Heizung Zone Mitte des Ofens. Setzen Sie das Saphire Substrat flussabwärts neben das quarzboot mit dem MoO3 Pulver.</li>
		<li>Bereiten Sie S Pulver in einem separaten quarzboot auf den vorgelagerten Seite des Ofens. Halten Sie die Temperatur auf 190 ° C während der Reaktion.</li>
		<li>Verwenden von Argon (Ar = 70 Sccm, 40 Torr) gas-Durchfluss, S und MoO3 Dämpfe zum Saphir Substrat zu bringen, während das Zentrum Heizzone bis 750 ° C.</li>
		<li>Halten Sie die Heizzone nach Erreichen der gewünschten Wachstum Temperatur von 750 ° C für 15 min und dann natürlich der Ofen auf Raumtemperatur abkühlen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>MoS2 aus der Saphir auf dem Rücken-gated SiO2/Si Untergrund zu übertragen.<ol>
<li>Spin-Mantel PMMA mit die Schleuderdrehzahl von 3500 u/min für 30 s auf der MoS2 Film.</li>
		<li>Backen Sie die MoS2/sapphire Probe bei 120 ° C für 3 min um die PMMA-Beschichtung zu stärken.</li>
		<li>Tauchen Sie die MoS2/Sapphire Probe in 50 mL Ammoniaklösung (14,5 %) für ca. 30 min bis 2 h MoS2 Film vom Saphir Substrat zu trennen.</li>
		<li>Der Film holen und überträgt es auf das SiO2/Si Substrat.</li>
		<li>Backen Sie die MoS2/SiO2/Si Probe um die Adhäsion zwischen den MoS2 und SiO2 Schichten zu erhöhen. Erhitzen der Probe bei 120 ° C für ca. 30 min bis 1 h.</li>
		<li>Entfernen Sie die PMMA durch Waschen mit 30 mL Aceton für etwa 30 min bis 2 h.</li>
		<li>Spülen Sie die Probe mit Isopropyl-Alkohol und verwenden Sie Stickstoff, es trocken zu Blasen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Durchführen Sie EBL. Hinweis: Es gibt keine dünnen Au bei EBL auf SiO2/Si Substrat abgeschieden, da Si irgendwie leitend ist.<ol>
<li>Die Koordinate Verschiebung zwischen den Zielregionen zu messen und die Ausrichtung markiert mit optischen Mikroskopie und anhand dieser Messungen, gestalten Sie das Muster-Layout von Metall-Elektroden mit einem Design-Software. Hinweis: Metall-Elektroden anschließen der Zielpunkte in der MoS2 Probe auf die Metall-Pads im SiO2/Si Substrat.</li>
		<li>Spin-Mantel PR, z. B. PMMA oder P015, auf Probe bei 2000 u/min für 60 s (Raumtemperatur). Sicherstellen Sie, dass die PR die gesamte Probe zurückgelegt hat.</li>
		<li>Erhitzen die Probe (weiche Backen) bei 100 ° C für 90 s um verdunsten der Lösungsmittel in der PR und verbessern die Haftung.</li>
		<li>Die Muster-Layout im Schritt 2.4.1 in einer bestimmten Datei umwandeln (Beispiel: GDS-Datei), und laden Sie sie in der EBL-Software.</li>
		<li>Die ideale Dosis des Elektronenstrahls basierend auf der Breite der Metall-Leitungen im Layout zu bestimmen. Hinweis: Für Metall Linienbreite schmaler als 1 µm ist die ideale Dosis des Elektronenstrahls 110 µC/cm2; für 1 bis 5 µm Breite ist die Dosis 100 µC/cm2; und für die Breite größer als 5 µm, die Dosis beträgt 80 µC/cm2.</li>
		<li>Die EBL-Maschine so eingestellt, dass die Position der Ausrichtungsmarken in Si/SiO2 Substrat seine Entsprechung im Layout entspricht.</li>
		<li>Verfügbarmachen der Probe Elektronenstrahl zu starten.</li>
		<li>Legen Sie PEB auf die Probe nach der Exposition um die stehende Welle Auswirkungen zu verringern. Erhitzen die Probe bei 120 ° C für 90 s.</li>
		<li>Verwenden Sie TMAH 2,38 % als Entwickler. Eintauchen die Probe TMAH für 80 S. Auswaschen der TMAH mit 200 mL entionisiertem Wasser für 10 s.</li>
		<li>Prüfen Sie, ob das Muster auch durch optische Mikroskopie entwickelt wird.</li>
		<li>Durchführung von harten Backen get rid of Extrawasser in PR. Hitze der Probe bei 110 ° C für 90 s.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Führen Sie Au Metal Deposition und Lift-Off<ol>
<li>Einzahlen Au Metall mit Elektronenkanone Verdampfer mit der Dicke von weniger als 100 nm, andernfalls wird es schwierig, die PR und das unerwünschte Metall durch Lift-Off zu entfernen sein.</li>
		<li>Bereiten Sie und Tauchen Sie die Probe auf 100 mL Aceton auflösen PR und Lift-Off durchzuführen. Schütteln Sie und sprengen Sie das Aceton bei der Überwachung des Prozesses über optische Mikroskopie bis gibt es nur Metall-Leitungen und Pads Links.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Kim, Y. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Challenges+for+Nanoscale+MOSFETs+and+Emerging+Nanoelectronics.">Challenges for Nanoscale MOSFETs and Emerging Nanoelectronics.</a> Transactions on Electrical and Electronic Materials. 11 (3), 93-105 (2010).</li><li>Waldrop, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+chips+are+down+for+Moore's+law.">The chips are down for Moore's law.</a> Nature. 530 (7589), 144-147 (2016).</li><li>Lan, Y. W., Chang, W. 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Die Autoren haben nichts preisgeben.

In diesem Artikel werden die Modalitäten der Herstellung neuartiger Elektronik basierend auf 2D Materialien im Nanometer-Maßstab demonstriert. Da die Probenaufbereitungsverfahren der jeweiligen Anwendung Unterschiede miteinander haben, wurden die überlappende Prozesse als Protokoll behandelt. Electron Beam Musterung kombiniert mit materiellen Standortbestimmung und Metallelektroden Definition dient somit als das Protokoll hier. Unter den zwei Arten der genannten Geräte der gesamte Prozess der 2D zurück-gated Transis...

Seit vergangenen Jahrzehnten erlebt Menschheit Rapid downscale in der Größe der Transistoren und folglich einer exponentiellen Zunahme der Anzahl der Transistoren in integrierten Schaltkreisen (ICs). Dadurch bleibt der kontinuierlichen Fortschritt der Silizium-basierten ergänzende Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) Technologie1. Der aktuelle Trend in der Größe und Leistung der gefertigten Geräte sind noch auf der Strecke mit Moores Gesetz, die besagt, dass die Anzahl der Transistoren auf Mikrochips sowie ihre Leistung verdoppelt sich etwa alle zwei Jahre2. CMOS-Transistoren sind vorhanden in den meisten, wenn nicht alle, die elektronische Geräte, die auf dem Markt und somit Bestandteil des menschlichen Lebens. Aus diesem Grund sind die ständige Forderungen nach Verbesserungen in Chipgröße und Leistung, die der Hersteller für das Mooresche Gesetz Spur verfolgen vorangetrieben haben.
Leider scheint das Moore'sche Gesetz kurz vor sein Ende durch die Menge von Hitze erzeugt, wie mehr Silizium-Schaltungen in einem kleinen Bereich2zusammengedrückt wird. Dies erfordert neue Arten von Materialien, die das gleiche bieten kann, wenn nicht besser, Leistung wie Silizium und zur gleichen Zeit in einem relativ kleinen Maßstab umgesetzt werden können. Vor kurzem wurden neue vielversprechende Materialien Themen von vielen Materialwissenschaften erforscht. Solche Materialien als eindimensionale (1D) Kohlenstoff-Nanoröhren3,4,5,6,7, 2D Graphen8,9,10, 11 , 12und Übergangsmetall (TMDs) Dichalcogenides13,14,15,16,17,18, sind gute Kandidaten, die als genutzt werden kann Ersatz für siliziumbasierte CMOS und weiter das Moore'sche Gesetz Track.
Herstellung von kleinen Geräten erfordert sorgfältige Standortbestimmung, erfolgreich um die anderen Fertigungsverfahren wie Lithografie und Metall-Elektrode-Definition zu gelangen das Material. Also, wurde in diesem Dokument vorgestellte Methode entwickelt, um diesem Bedarf zu begegnen. Im Vergleich zu den traditionellen Halbleiter Fertigung Techniken19, ist der Ansatz, die in diesem Dokument vorgestellte Schneider ausgestattet, um die Entwicklung von kleinen Geräten, die mehr Aufmerksamkeit in Bezug auf die Suche nach dem Ort des Materials. Das Ziel dieser Methode ist, 2D Nanomaterial Geräte wie 2D zurück-gated Transistoren und Q-HBTs mit standard Fabrikationsprozesse zuverlässig zu fabrizieren. Dies dient als Plattform für zukünftige Nanodevice Entwicklungen, wie sie den Weg für die Produktion der Zukunft fortschrittliche Nano-Maßstab Geräte ebnet.
Im Abschnitt Verfahren werden die Herstellungsprozesse für 2D Materialien-basierten Geräten nämlich die Q-HBT und 2D zurück-gated Transistor ausführlich diskutiert. Elektronen Strahl Musterung kombiniert mit materiellen Standortbestimmung und Metallelektroden Definition umfasst das Protokoll, da sie in beiden genannten Prozesse benötigt werden. Teil 1 behandelt die schrittweise Herstellung von Q-HBTs20; und Teil 2 zeigt einen universellen Ansatz um chemical Vapor Deposition (CVD) Molybdän-Disulfid (MoS2) Rücken-gated Transistoren aus Transfer Lift-Off21, die vollständig in diesem Artikel gezeigt hat. Der detaillierte Ablauf zeigt (Abbildung 1).

<table><tbody><tr><td>E-gun Evaporator</td><td>AST</td><td>PEVA 600I</td><td></td></tr><tr><td>Au slug, 99.99%</td><td>Well-Being Enterprise Co</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Ti slug, 99.99%</td><td>Well-Being Enterprise Co</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>E-beam Lithography System</td><td>Elionix</td><td>ELS7500-EX</td><td></td></tr><tr><td>Cold Wall CVD System</td><td>Sulfur Science</td><td>SCW600S</td><td></td></tr><tr><td>C-plane Sapphire substrate</td><td>Summit-Tech</td><td>X171999</td><td>(0001) &amp;plusmn; 0.2 &amp;deg; one side polished</td></tr><tr><td>100 nm SiO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;/Si</td><td></td><td></td><td>Fabricated in NDL</td></tr><tr><td>Ammonia Solution</td><td>BASF</td><td>Ammonia Solution 28% Selectipur</td><td></td></tr><tr><td>Molybdenum (Mo), 99.95%</td><td>Summit-Tech</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Tungsten (W), 99.95%</td><td>Summit-Tech</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Sulfur (S), 99.5%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>13803</td><td></td></tr><tr><td>Polymethyl Methacrylate (PMMA)</td><td>Microchem</td><td>8110788</td><td>Use for transfer process</td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>Laurell</td><td>WS 400B 6NPP LITE</td><td></td></tr><tr><td>Acetone</td><td>BASF</td><td>Acetone EL Selectipur</td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol (IPA)</td><td>BASF</td><td>2-Propanol UPS</td><td></td></tr><tr><td>Photo Resist for EBL</td><td>TOK</td><td>TDUR-P-015</td><td></td></tr><tr><td>Plasma Cleaner</td><td>Harrick Plasma</td><td>PDC-32G</td><td>Oxygen plasma</td></tr></tbody></table>

a standard and reliable method to fabricate two-dimensional nanoelectronics

Zweidimensionale (2D) Materialien haben aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten großes Aufsehen. Da Wafer Scale Synthese von 2D Material noch im Entstehen begriffenen Stadium ist, können nicht Wissenschaftler auf traditionellen Halbleiter-Techniken für damit verbundene Forschung voll und ganz verlassen. Zarte Prozesse finden die Materialien zur Elektrode Definition gut kontrolliert werden müssen. In diesem Artikel erforderliche ein universal Fertigung-Protokoll in der Herstellung von Nano-Elektronik, wie 2D quasi Heterojunction bipolar Transistoren (Q-HBT) und 2D zurück-gated Transistoren unter Beweis gestellt werden. Dieses Protokoll enthält die Bestimmung der materiellen Lage, Elektronenstrahllithographie (EBL), Metall-Elektrode Definition, Et Al. Eine Schritt-für-Schritt-Erzählung der Herstellung Verfahren für diese Geräte werden ebenfalls vorgestellt. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass die gefertigten Geräte hohen Leistung mit hoher Wiederholgenauigkeit erreicht hat. Diese Arbeit zeigt eine umfassende Beschreibung des Prozessablaufs für die Zubereitung von 2D Nano-Elektronik, ermöglicht die Forschungsgruppen auf diese Informationen zuzugreifen, und ebnen den Weg für die zukünftige Elektronik.

Das Gerät Fertigungsprozesse wurden zu mehreren des entsprechenden Autors Forschungen mit der Entwicklung von 2D Material Geräten angewendet. In diesem Teil werden die Ergebnisse einiger dieser Forschungen vorgestellt, um die Effektivität des oben genannten Protokolls zu demonstrieren. Eine Monolage seitliche WSe2-MoS2 Q-HBT20 wird als das erste Beispiel ausgewählt. Mit dem Grundgerät Fertigungsprozesse detailliert in das Protokoll, der M...

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A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Der Artikel soll ein standard und zuverlässige Fertigung Verfahren für die Entwicklung der zukünftigen niedrig dimensionalen Nanoelektronik einzuführen.

Eine Standard und zuverlässige Methode, zweidimensionale Nanoelektronik zu fabrizieren

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D ...

a-standard-reliable-method-to-fabricate-two-dimensional

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K Aufrufe.  National Taiwan Normal University. Der Artikel soll ein standard und zuverlässige Fertigung Verfahren für die Entwicklung der zukünftigen niedrig dimensionalen Nanoelektronik einzuführen.

Serie: A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Fabricating Nanogaps by Nanoskiving

There are several methods of fabricating nanogaps with controlled spacings, but the precise control over the sub-nanometer spacing between two electrodes-and generating them in practical quantities-is still challenging. The preparation of nanogap electrodes using nanoskiving, which is a form of edge lithography, is a fast, simple and powerful technique. This method is an entirely mechanical process which does not include any photo- or electron-beam lithographic steps and does not require any special equipment or infrastructure such as clean rooms. Nanoskiving is used to fabricate electrically addressable nanogaps with control over all three dimensions; the smallest dimension of these structures is defined by the thickness of the sacrificial layer (Al or Ag) or self-assembled monolayers. These wires can be manually positioned by transporting them on drops of water and are directly electrically-addressable; no further lithography is required to connect them to an electrometer.

The fabrication of electrically addressable, high-aspect-ratio (> 1000:1) metal nanowires separated by gaps of single nanometers using either sacrificial layers of aluminum and silver or self-assembled monolayers as templates is described. These nanogap structures are fabricated without a clean room or any photo- or electron-beam lithographic processes by a form of edge lithography known as nanoskiving.

Fabricating Nanogaps durch Nanoskiving

There are several methods of fabricating nanogaps with controlled spacings, but the precise control over the sub-nanometer spacing between two ...

Forschung

Chemie

A Method to Fabricate Disconnected Silver Nanostructures in 3D

The standard nanofabrication toolkit includes techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating metal patterns on a submicron scale requires a combination of nanofabrication tools and several material processing steps. For example, steps to create planar metal structures using ultraviolet photolithography and electron-beam lithography can include sample exposure, sample development, metal deposition, and metal liftoff. To create 3D metal structures, the sequence is repeated multiple times. The complexity and difficulty of stacking and aligning multiple layers limits practical implementations of 3D metal structuring using standard nanofabrication tools. Femtosecond-laser direct-writing has emerged as a pre-eminent technique for 3D nanofabrication.1,2 Femtosecond lasers are frequently used to create 3D patterns in polymers and glasses.3-7 However, 3D metal direct-writing remains a challenge. Here, we describe a method to fabricate silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm. The method enables the fabrication of patterns not feasible using other techniques, such as 3D arrays of disconnected silver voxels.8 Disconnected 3D metal patterns are useful for metamaterials where unit cells are not in contact with each other,9 such as coupled metal dot10,11or coupled metal rod12,13 resonators. Potential applications include negative index metamaterials, invisibility cloaks, and perfect lenses.
In femtosecond-laser direct-writing, the laser wavelength is chosen such that photons are not linearly absorbed in the target medium. When the laser pulse duration is compressed to the femtosecond time scale and the radiation is tightly focused inside the target, the extremely high intensity induces nonlinear absorption. Multiple photons are absorbed simultaneously to cause electronic transitions that lead to material modification within the focused region. Using this approach, one can form structures in the bulk of a material rather than on its surface.
Most work on 3D direct metal writing has focused on creating self-supported metal structures.14-16 The method described here yields sub-micrometer silver structures that do not need to be self-supported because they are embedded inside a matrix. A doped polymer matrix is prepared using a mixture of silver nitrate (AgNO3), polyvinylpyrrolidone (PVP) and water (H2O). Samples are then patterned by irradiation with an 11-MHz femtosecond laser producing 50-fs pulses. During irradiation, photoreduction of silver ions is induced through nonlinear absorption, creating an aggregate of silver nanoparticles in the focal region. Using this approach we create silver patterns embedded in a doped PVP matrix. Adding 3D translation of the sample extends the patterning to three dimensions.

Femtosecond-laser direct-writing is frequently used to create three-dimensional (3D) patterns in polymers and glasses. However, patterning metals in 3D remains a challenge. We describe a method for fabricating silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm.

Ein Verfahren zur Getrennt Silber Nanostrukturen in 3D Fabricate

The standard nanofabrication toolkit includes  techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating  metal patterns on a ...

Ingenieurwesen

Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and entanglement, to solve certain problems exponentially faster than with the best known algorithms on a classical computer. Gate-defined lateral quantum dots on GaAs/AlGaAs are one of many avenues explored for the implementation of a qubit. When properly fabricated, such a device is able to trap a small number of electrons in a certain region of space. The spin states of these electrons can then be used to implement the logical 0 and 1 of the quantum bit. Given the nanometer scale of these quantum dots, cleanroom facilities offering specialized equipment- such as scanning electron microscopes and e-beam evaporators- are required for their fabrication. Great care must be taken throughout the fabrication process to maintain cleanliness of the sample surface and to avoid damaging the fragile gates of the structure. This paper presents the detailed fabrication protocol of gate-defined lateral quantum dots from the wafer to a working device. Characterization methods and representative results are also briefly discussed. Although this paper concentrates on double quantum dots, the fabrication process remains the same for single or triple dots or even arrays of quantum dots. Moreover, the protocol can be adapted to fabricate lateral quantum dots on other substrates, such as Si/SiGe.

This paper presents a detailed fabrication protocol for gate-defined semiconductor lateral quantum dots on gallium arsenide heterostructures. These nanoscale devices are used to trap few electrons for use as quantum bits in quantum information processing or for other mesoscopic experiments such as coherent conductance measurements.

Nanofabrication von Tor-definiert GaAs / AlGaAs Lateral Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and ...

Ultrahigh Density Array of Vertically Aligned Small-molecular Organic Nanowires on Arbitrary Substrates

In recent years &pi;-conjugated organic semiconductors have emerged as the active material in a number of diverse applications including large-area, low-cost displays, photovoltaics, printable and flexible electronics and organic spin valves. Organics allow (a) low-cost, low-temperature processing and (b) molecular-level design of electronic, optical and spin transport characteristics. Such features are not readily available for mainstream inorganic semiconductors, which have enabled organics to carve a niche in the silicon-dominated electronics market. The first generation of organic-based devices has focused on thin film geometries, grown by physical vapor deposition or solution processing. However, it has been realized that organic nanostructures can be used to enhance performance of above-mentioned applications and significant effort has been invested in exploring methods for organic nanostructure fabrication.	
A particularly interesting class of organic nanostructures is the one in which vertically oriented organic nanowires, nanorods or nanotubes are organized in a well-regimented, high-density array. Such structures are highly versatile and are ideal morphological architectures for various applications such as chemical sensors, split-dipole nanoantennas, photovoltaic devices with radially heterostructured "core-shell" nanowires, and memory devices with a cross-point geometry. Such architecture is generally realized by a template-directed approach. In the past this method has been used to grow metal and inorganic semiconductor nanowire arrays. More recently &pi;-conjugated polymer nanowires have been grown within nanoporous templates. However, these approaches have had limited success in growing nanowires of technologically important &pi;-conjugated small molecular weight organics, such as tris-8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3), rubrene and methanofullerenes, which are commonly used in diverse areas including organic displays, photovoltaics, thin film transistors and spintronics.	
Recently we have been able to address the above-mentioned issue by employing a novel "centrifugation-assisted" approach. This method therefore broadens the spectrum of organic materials that can be patterned in a vertically ordered nanowire array. Due to the technological importance of Alq3, rubrene and methanofullerenes, our method can be used to explore how the nanostructuring of these materials affects the performance of aforementioned organic devices. The purpose of this article is to describe the technical details of the above-mentioned protocol, demonstrate how this process can be extended to grow small-molecular organic nanowires on arbitrary substrates and finally, to discuss the critical steps, limitations, possible modifications, trouble-shooting and future applications.

We report a simple method for fabricating an ultrahigh density array of vertically ordered small-molecular organic nanowires. This method allows for synthesis of complex heterostructured hybrid nanowire geometries, which can be inexpensively grown on arbitrary substrates. These structures have potential applications in organic electronics, optoelectronics, chemical sensing, photovoltaics and spintronics.

Ultrahigh Density Array von vertikal ausgerichteten Klein-molekulare organische Nanodrähte auf beliebige Untergründe

In  recent years &pi;-conjugated  organic semiconductors have emerged as the active material in a number of  diverse applications including large-area, ...

Silicon Metal-oxide-semiconductor Quantum Dots for Single-electron Pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by quantum mechanical effects such as tunneling through single dopants, scattering via interface defects, and discrete trap charge states. However, progress in silicon technology has shown that these phenomena can be harnessed and exploited for a new class of quantum-based electronics. Among others, multi-layer-gated silicon metal-oxide-semiconductor (MOS) technology can be used to control single charge or spin confined in electrostatically-defined quantum dots (QD). These QD-based devices are an excellent platform for quantum computing applications and, recently, it has been demonstrated that they can also be used as single-electron pumps, which are accurate sources of quantized current for metrological purposes. Here, we discuss in detail the fabrication protocol for silicon MOS QDs which is relevant to both quantum computing and quantum metrology applications. Moreover, we describe characterization methods to test the integrity of the devices after fabrication. Finally, we give a brief description of the measurement set-up used for charge pumping experiments and show representative results of electric current quantization.

The fabrication process and experimental characterization techniques relevant to single-electron pumps based on silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots are discussed.

Silicium-Metall-Oxid-Halbleiter-Quantenpunkte für Einzelelektronen Pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by ...

Atomically Traceable Nanostructure Fabrication

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process being used in order to maintain exquisite control over both feature size and feature density. Here, we demonstrate a method for tracking atomically resolved and controlled structures from initial template definition through final nanostructure metrology, opening up a pathway for top-down atomic control over nanofabrication. Hydrogen depassivation lithography is the first step of the nanoscale fabrication process followed by selective atomic layer deposition of up to 2.8 nm of titania to make a nanoscale etch mask. Contrast with the background is shown, indicating different mechanisms for growth on the desired patterns and on the H passivated background. The patterns are then transferred into the bulk using reactive ion etching to form 20 nm tall nanostructures with linewidths down to ~6 nm. To illustrate the limitations of this process, arrays of holes and lines are fabricated. The various nanofabrication process steps are performed at disparate locations, so process integration is discussed. Related issues are discussed including using fiducial marks for finding nanostructures on a macroscopic sample and protecting the chemically reactive patterned Si(100)-H surface against degradation due to atmospheric exposure.

We report a protocol for combining the atomic metrology of the Scanning Tunneling Microscope for surface patterning with selective Atomic Layer Deposition and Reactive Ion Etching. Using a robust process involving numerous atmospheric exposures and transport, 3D nanostructures with atomic metrology are fabricated.

Atomar Traceable Nanostrukturen

Reducing the scale of etched nanostructures below the 10 nm range eventually will require an atomic scale understanding of the entire fabrication process ...

Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive thin-films. Due to the low growth temperature, the process allows integration with modern low-&#954; dielectrics and some flexible substrates. The process is compatible with standard semiconductor fabrication, and a method for the fabrication of electrical 4-point probe test structures for vertical interconnect test structures is presented. Using scanning electron microscopy the morphology of the CNT bundles is investigated, which demonstrates vertical alignment of the CNT and can be used to tune the CNT growth time. With Raman spectroscopy the crystallinity of the CNT is investigated. It was found that the CNT have many defects, due to the low growth temperature. The electrical current-voltage measurements of the test vertical interconnects displays a linear response, indicating good ohmic contact was achieved between the CNT bundle and the top and bottom metal electrodes. The obtained resistivities of the CNT bundle are among the average values in the literature, while a record-low CNT growth temperature was used.

A method for the growth of low temperature vertically-aligned carbon nanotubes, and the subsequent fabrication of vertical interconnect electrical test structures using semiconductor fabrication is presented.

Herstellung von Niedertemperatur-Carbon Nanotube Vertikale Verbindungen Kompatibel mit Halbleitertechnik

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive ...

Fabrication of Carbon Nanotube High-Frequency Nanoelectronic Biosensor for Sensing in High Ionic Strength Solutions

The unique electronic properties and high surface-to-volume ratios of single-walled carbon nanotubes (SWNT) and semiconductor nanowires (NW) 1-4 make them good candidates for high sensitivity biosensors. When a charged molecule binds to such a sensor surface, it alters the carrier density5 in the sensor, resulting in changes in its DC conductance. However, in an ionic solution a charged surface also attracts counter-ions from the solution, forming an electrical double layer (EDL). This EDL effectively screens off the charge, and in physiologically relevant conditions ~100 millimolar (mM), the characteristic charge screening length (Debye length) is less than a nanometer (nm). Thus, in high ionic strength solutions, charge based (DC) detection is fundamentally impeded6-8.
We overcome charge screening effects by detecting molecular dipoles rather than charges at high frequency, by operating carbon nanotube field effect transistors as high frequency mixers9-11. At high frequencies, the AC drive force can no longer overcome the solution drag and the ions in solution do not have sufficient time to form the EDL. Further, frequency mixing technique allows us to operate at frequencies high enough to overcome ionic screening, and yet detect the sensing signals at lower frequencies11-12. Also, the high transconductance of SWNT transistors provides an internal gain for the sensing signal, which obviates the need for external signal amplifier.
Here, we describe the protocol to (a) fabricate SWNT transistors, (b) functionalize biomolecules to the nanotube13, (c) design and stamp a poly-dimethylsiloxane (PDMS) micro-fluidic chamber14 onto the device, and (d) carry out high frequency sensing in different ionic strength solutions11.

We describe the device fabrication and measurement protocol for carbon nanotube based high frequency biosensors. The high frequency sensing technique mitigates the fundamental ionic (Debye) screening effect and allows nanotube biosensor to be operated in high ionic strength solutions where conventional electronic biosensors fail. Our technology provides a unique platform for point-of-care (POC) electronic biosensors operating in physiologically relevant conditions.

Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen Hochfrequenztechnik Nanoelectronic Biosensor für Sensing in hoher Ionenstärke Lösungen

The unique electronic properties and high surface-to-volume ratios of single-walled carbon nanotubes (SWNT) and semiconductor nanowires (NW) 1-4 make them ...

Biotechnik

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of nanowires. DEP is used for nanowire analysis, characterization, and for solution-based fabrication of semiconducting devices. The method works by applying an alternating electric field between metallic electrodes. The nanowire formulation is then dropped onto the electrodes which are on an inclined surface to create a flow of the formulation using gravity. The nanowires then align along the gradient of the electric field and in the direction of the liquid flow. The frequency of the field can be adjusted to select nanowires with superior conductivity and lower trap density. 
In this work, flow-assisted DEP is used to create nanowire field effect transistors. Flow-assisted DEP has several advantages: it allows selection of nanowire electrical properties; control of nanowire length; placement of nanowires in specific areas; control of orientation of nanowires; and control of nanowire density in the device. 
The technique can be expanded to many other applications such as gas sensors and microwave switches. The technique is efficient, quick, reproducible, and it uses a minimal amount of dilute solution making it ideal for the testing of novel nanomaterials. Wafer scale assembly of nanowire devices can also be achieved using this technique, allowing large numbers of samples for testing and large-area electronic applications.

In this paper, flow assisted dielectrophoresis is demonstrated for the self-assembly of nanowire devices. The fabrication of a silicon nanowire field effect transistor is shown as an example.

Flow-gestützte Dielektrophorese: Eine kostengünstige Methode für die Herstellung von Hochleistungs-Lösung-verarbeitbare Nanodraht-Geräte

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape method or individual WS2 nanotubes by dispersing the suspension of WS2 nanotubes. The selected samples have been fabricated into devices by the use of the electron beam lithography and electrolyte is put on the devices. We have characterized the electronic properties of the devices under applying the gate voltage. In the small gate voltage region, ions in the electrolyte are accumulated on the surface of the samples which leads to the large electric potential drop and resultant electrostatic carrier doping at the interface. Ambipolar transfer curve has been observed in this electrostatic doping region. When the gate voltage is further increased, we met another drastic increase of source-drain current which implies that ions are intercalated into layers of WS2 and electrochemical carrier doping is realized. In such electrochemical doping region, superconductivity has been observed. The focused technique provides a powerful strategy for achieving the electric-filed-induced quantum phase transition.

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Here, we present a protocol to control the carrier number in solids by using the electrolyte.

Elektrisches Feld Kontrolle der elektronischen Zustände in WS2 Nanosysteme durch Elektrolyt Anspritzung

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape ...