MoS2-FET晶体管的直接后裁缝

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过渡金属二卤化物是通过范德华力结合在一起的离散2D原子薄层。这些材料在其物理性质上表现出厚度相关的变化,可以在不同的光电应用中加以利用。例如,二硫化钼(MoS 2)的能带结构在单层中的直接带隙为1.8 eV,随厚度而变窄,整体上为1.2 eV的间接带隙。

MoS 2的原子薄层可以通过微机械剥离来分离,但是从机械剥离的MoS 2制造光电器件是一个复杂的过程。在所有情况下,即使采用确定性的冲压方法,该装置的几何形状也受到剥落薄片的形状的限制。

即使在使用CVD(化学气相沉积)技术时,由于材料生长在具有减小的尺寸和不同的物理特性的岛中,也阻碍了器件的制造。因此,在制造步骤完成之后开发用于定制器件几何形状的技术引起了极大的兴趣。IMDEA Nanociencia的Daniel Granados教授小组已经找到了一种聪明的解决方案,可以修改由剥离MoS 2制成的几个场效应晶体管(FET)的几何形状。

所提出的方法使用聚焦电子束感应刻蚀(FEB​​IE)与脉冲电子束的变化。光束使用图案发生器将表面扫描到设计的几何形状中,修改晶体管的源极和漏极之间的传导通道,并实现量身定制的器件性能。

格拉纳多斯教授喜欢使用流体力学的类比:“ 就像湍流一样,经过一定的孔后它变成层状;我们量身定制的传导通道使电子能够通过具有相同特性的MoS 2薄片区域。”

已经对该修改方法的效果进行了进一步研究,以验证修改后的设备的性能。Granados的小组发现,纳米图案化后90%的设备都可以工作。

此外,他们研究了从清晰的重N型掺杂向本征型或轻P型掺杂产生的转变,并将这种变化归因于蚀刻时产生的硫空位。通过光致发光和拉曼光谱研究证实了掺杂位移。

与使用几个制造步骤的方法相比,该方法具有几个优点。首先,它将图案化和蚀刻结合到一个步骤中,而不是进行两步纳米加工。其次,它允许以简单的方案在定制步骤之前和之后进行电子和光学表征。

最后,脉冲FEBIE是一种化学方法,其电子束能量低于其他研究(2.5 kV),可减少样品损坏并防止MoS 2晶格变形。由于这些优点,Granados等人提出了“纳米剪刀”。对于昂贵且费时的纳米加工技术而言,它是一种非凡的替代品,并且在电子和光电子设备的加工后定制电子和几何特性方面具有巨大潜力。

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