用剝落二維材料制造電子設(shè)備是很棘手的，IMDEA Nanociencia的丹尼爾·格拉納多斯(Daniel Granados)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種解決方案，包括利用脈沖聚焦電子束誘導(dǎo)蝕刻技術(shù)對(duì)MoS2-FET晶體管進(jìn)行后處理剪裁。

過(guò)渡金屬雙鹵代烷是二維原子薄層，在范德華力的作用下結(jié)合在一起。這些材料在物理性質(zhì)上表現(xiàn)出與厚度有關(guān)的變化，可以在不同的光電應(yīng)用中加以利用。例如，二硫化鉬(MoS2)的能帶結(jié)構(gòu)在單層中直接帶隙為1.8 eV，而在體積上隨著間接帶隙厚度的增大而減小，原子薄層的二硫化鉬可以通過(guò)微機(jī)械剝離分離。

但從機(jī)械剝離二硫化鉬制備光電器件是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。在所有情況下，該裝置幾何形狀都受到剝落薄片形狀的限制，即使采用確定的沖壓方法也是如此。即使使用CVD(化學(xué)氣相沉積)技術(shù)，該設(shè)備制造也會(huì)受到生長(zhǎng)在尺寸較小和物理性質(zhì)不同島嶼上的材料阻礙。因此，在制造步驟完成后，開(kāi)發(fā)適合設(shè)備幾何形狀的技術(shù)很有意義。IMDEA Nanociencia的丹尼爾·格拉納多斯教授團(tuán)隊(duì)，通過(guò)修改由脫落的二硫化鉬制成幾個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的幾何形狀，得出了一個(gè)聰明的解決方案。該方法利用脈沖電子束對(duì)聚焦電子束誘導(dǎo)蝕刻(FEBIE)的影響。

光束掃描表面到一個(gè)設(shè)計(jì)的幾何圖形使用模式發(fā)生器，修改之間的傳導(dǎo)通道源和晶體管的漏，并允許一個(gè)定制的設(shè)備性能。格拉納多斯教授喜歡用流體力學(xué)類(lèi)比：它就像湍流，經(jīng)過(guò)一定的孔徑后就變成了層流，科學(xué)家定制的傳導(dǎo)通道能使電子通過(guò)，具有相同特性的二硫化鉬薄片區(qū)域。為了驗(yàn)證改進(jìn)后器件的性能，進(jìn)一步研究了該方法的效果。格拉納多斯的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，90%的設(shè)備在納米化后仍能工作。此外，科學(xué)家們還研究了從明顯的重n型摻雜向固有型或輕p型摻雜的轉(zhuǎn)變。并將這種轉(zhuǎn)變歸因于蝕刻時(shí)產(chǎn)生的硫空位，光致發(fā)光和拉曼光譜研究證實(shí)了摻雜位移。

與使用幾個(gè)制造步驟的方法相比，這種方法有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，它將圖案和蝕刻結(jié)合成一個(gè)單一的步驟，而不是有兩個(gè)步驟的納米制造過(guò)程。其次能使電子和光學(xué)表征之前和之后的裁剪步驟在一個(gè)簡(jiǎn)單方案。最后，脈沖febie是一種電子束能量低于其他研究(2.5 kV)的化學(xué)方法，可以減少樣品損傷，防止二硫化鉬晶格的畸變。由于這些優(yōu)點(diǎn)，納米微管是昂貴和費(fèi)時(shí)的納米制造技術(shù)的一個(gè)顯著替代，在電子和光電器件的電氣和幾何特性后處理裁剪方面具有很大潛力。

博科園｜研究/來(lái)自：IMDEA Nanociencia

參考期刊《Nanoscale》

DOI: 10.1039/C9NR02464F

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