在範德華力的作用下，科學家直接製造：二硫化鉬電晶體！

2020-10-18 博科園

用剝落二維材料製造電子設備是很棘手的，IMDEA Nanociencia的丹尼爾·格拉納多斯(Daniel Granados)團隊設計了一種解決方案，包括利用脈衝聚焦電子束誘導蝕刻技術對MoS2-FET電晶體進行後處理剪裁。過渡金屬雙滷代烷是二維原子薄層，在範德華力的作用下結合在一起。這些材料在物理性質上表現出與厚度有關的變化，可以在不同的光電應用中加以利用。例如，二硫化鉬(MoS2)的能帶結構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微機械剝離分離。

但從機械剝離二硫化鉬製備光電器件是一個複雜的過程。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，即使採用確定的衝壓方法也是如此。即使使用CVD(化學氣相沉積)技術，該設備製造也會受到生長在尺寸較小和物理性質不同島嶼上的材料阻礙。因此，在製造步驟完成後，開發適合設備幾何形狀的技術很有意義。IMDEA Nanociencia的丹尼爾·格拉納多斯教授團隊，通過修改由脫落的二硫化鉬製成幾個場效應電晶體(FET)的幾何形狀，得出了一個聰明的解決方案。該方法利用脈衝電子束對聚焦電子束誘導蝕刻(FEBIE)的影響。

光束掃描表面到一個設計的幾何圖形使用模式發生器，修改之間的傳導通道源和電晶體的漏，並允許一個定製的設備性能。格拉納多斯教授喜歡用流體力學類比：它就像湍流，經過一定的孔徑後就變成了層流，科學家定製的傳導通道能使電子通過，具有相同特性的二硫化鉬薄片區域。為了驗證改進後器件的性能，進一步研究了該方法的效果。格拉納多斯的團隊發現，90%的設備在納米化後仍能工作。此外，科學家們還研究了從明顯的重n型摻雜向固有型或輕p型摻雜的轉變。並將這種轉變歸因於蝕刻時產生的硫空位，光致發光和拉曼光譜研究證實了摻雜位移。

與使用幾個製造步驟的方法相比，這種方法有幾個優點。首先，它將圖案和蝕刻結合成一個單一的步驟，而不是有兩個步驟的納米製造過程。其次能使電子和光學表徵之前和之後的裁剪步驟在一個簡單方案。最後，脈衝febie是一種電子束能量低於其他研究(2.5 kV)的化學方法，可以減少樣品損傷，防止二硫化鉬晶格的畸變。由於這些優點，納米微管是昂貴和費時的納米製造技術的一個顯著替代，在電子和光電器件的電氣和幾何特性後處理裁剪方面具有很大潛力。

博科園｜研究/來自：IMDEA Nanociencia

參考期刊《Nanoscale》

DOI: 10.1039/C9NR02464F

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