Direkte efterfabrikation skræddersy af molybdændisulfidtransistorer

Fremstillingen af ​​elektroniske enheder fra eksfolierede 2D-materialer kan være vanskelig. Gruppen af ​​Daniel Granados hos IMDEA Nanociencia har udviklet en løsning, der består af skræddersyet efter-fabrikation af MoS ₂ -FET-transistorer ved hjælp af pulseret-fokuseret elektronstråle-induceret ætsning.

Overgangsmetal dichalcogenider er 2-D, atomisk tynde lag bundet sammen af ​​Van der Waals kræfter. Disse materialer udviser tykkelsesafhængige variationer i deres fysiske egenskaber, som kan udnyttes i særskilte optoelektroniske applikationer. For eksempel, båndstrukturen af ​​molybdændisulfid (MoS ₂ ) har et direkte båndgab på 1,8 eV i et enkelt lag, der indsnævres med en tykkelse på 1,2 eV indirekte båndgab i bulk.

De atomare tynde lag af MoS ₂ kan adskilles ved mikromekanisk eksfoliering, ikke desto mindre fremstilling af optoelektroniske enheder fra mekanisk eksfolieret MoS ₂ er en indviklet proces. Enhedens geometri er i alle tilfælde begrænset af formen på den eksfolierede flage, selv når der anvendes en deterministisk stemplingsmetode. Selv ved brug af CVD-teknikker (kemisk dampaflejring) hindres fremstillingen af ​​enheden af ​​materialet, der vokser i øer med reducerede størrelser og forskellige fysiske egenskaber.

Dermed, Det er af stor interesse at udvikle teknikker til at skræddersy enhedens geometri, efter at fremstillingstrinnene er afsluttet. Gruppen af ​​prof. Daniel Granados ved IMDEA Nanociencia er nået frem til en smart løsning ved at modificere geometrien af ​​adskillige felteffekttransistorer (FET) fremstillet af eksfolieret MoS ₂ . Den foreslåede metode bruger en variation af fokuseret elektronstråle-induceret ætsning (FEBIE) med en pulseret elektronstråle. Strålen scanner overfladen ind i en designet geometri ved hjælp af en mønstergenerator, modifikation af ledningskanalen mellem kilden og transistorens dræn og muliggør en skræddersyet enhedsydelse.

Prof. Granados kan lide at bruge den hydrodynamiske analogi:"Det er som turbulent flow, efter at have passeret visse åbninger bliver det laminært; vores skræddersyede ledningskanaler tillader elektronerne at passere områder af MoS ₂ flager med identiske egenskaber."

Effekten af ​​denne metode er blevet undersøgt yderligere for at verificere ydeevnen af ​​de modificerede enheder. Granados' gruppe har fundet ud af, at 90 procent af enhederne virker efter nanomønstret. Yderligere, de studerede skiftet, der frembringes fra tydelig kraftig N-type doping til indre eller let P-type, og tilskrev denne ændring til svovl ledige stillinger skabt ved ætsning. Dopingskiftet blev bekræftet af fotoluminescens og Raman-spektroskopiundersøgelser.

Denne metode giver flere fordele sammenlignet med dem, der bruger flere fremstillingstrin. Først, det kombinerer mønster og ætsning i et enkelt trin i stedet for at have en to-trins nanofabrikationsproces. Sekund, det muliggør elektronisk og optisk karakterisering før og efter skræddersytrinet i et enkelt skema. Sidst, pulsed-FEBIE er en kemisk metode med en elektronstråleenergi lavere end andre undersøgelser (2,5 kV), hvilket reducerer prøveskaden og forhindrer forvrængning af MoS ₂ gitter. På grund af disse fordele, nanosaksen foreslået af Granados et al. are a remarkable alternative to expensive and time-consuming nanofabrication techniques, and have great potential for the after-fabrication tailoring of the electrical and geometrical properties of electronic and optoelectronic devices.