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激光照射MoTe2:一步完成集成电路的“私人定制”

作者:admin发布时间:2020-10-10分类:产业动态浏览:2评论:0


导读:原题目:激光照射MoTe2:一步进行集成电路芯片的“私人订制”二维材料组成的范德华异质结是开发设计下一代电子器件和光电材料器件的理想化原材...
原题目:激光照射MoTe2:一步进行集成电路芯片的“私人订制”

二维材料组成的范德华异质结是开发设计下一代电子器件和光电材料器件的理想化原材料,而且将慢慢迈向二维器件集成电路芯片。但制做二维材料的半导体材料集成电路芯片是十分艰苦的。现阶段常见的生产制造范德华异质结的方式 有二种,可是都是有其局限。

1.用二种原材料精准迁移产生异质结:不能拓展,难用以大规模生产制造;

2.蒸气或融解相掺杂产生同质性结:一般是全局性掺杂,操纵比较有限。

因此 ,要想做到像在CMOS生产加工里时的离子注入一样的实际效果,一种简易、好用、可精准操纵的部分掺杂方法十分关键。

日本浦项科技学院的Moon-Ho Jo 研究组展现了一种激光照射的方式 ,将可编程控制器电源电路载入到二维半导体材料双碲化钼(2H-MoTe2)上[1],进行亚微米限度上操纵掺杂。下边是来源于Moon-Ho Jo 专家教授研究组官方网站的相片。

激光照射MoTe2:一步完成集成电路的“私人定制”

这般奇妙的方式 是怎样完成,也是怎样功效和运用呢?

1、我是器件构建交界线

最先,N型的2H-MoTe2安全通道被设计方案成各种形状,并根据应用光刻技术掩膜和CF4等离子技术离子注入。随后开展电级列阵堆积(Cr 1 nm/Au 20 nm),进而在场效晶体三极管(FET)几何图形构造中造成好几个安全通道。最终,用50mW的532激光直射在2H-MoTe2上的金电级,就完成了器件部分p掺合p-n结的构建,如图所示1a。

图1

激光照射MoTe2:一步完成集成电路的“私人定制”

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图1b中的器件在空气标准下,沿触碰电级1和2上的翠绿色虚线可选择性激光器扫描仪三十秒。

图1-b中不一样电级中间所测出的輸出曲线图c和迁移曲线图d能够认证对MoTe2原材料p掺的实际效果。3 – 4(灰黑色曲线图)触碰的安全通道是初始2H-MoTe2,显示信息n型特点;1-2(深蓝色曲线图)触碰的安全通道是p掺杂解决部位,显示信息出电力学特性的减少和显著p-型特点;2-3(红杠)在輸出曲线图中显示信息强整流器性,说明在其中产生了p-n结。运用二极管线性拟合和扫描仪光电流显像技术指标分析了p-n结的存有性并得到1.0 eV的Eg值(填补图1)。图1 e是静态数据直射MoTe2安全通道诱发掺杂的結果,造成一样相近地掺杂危害。因此 ,不论是立即直射,還是直射在电级上,都可以造成p掺的实际效果。

那麼2H-MoTe2安全通道金投电级在光照下的功效是什么呢?金具备高些的导热系数(比MoTe2高100倍上下),因而在这儿是做为原点光照造成发热量的几何图形导向性(geometrical guide)。那也是为何532激光可以具有那样的掺杂功效呢?

2、我是原理表述交界线

创作者根据扫描仪隧道施工光学显微镜和光谱学(STM/STS)观查微区缺陷和部分求微分氧化还原电位,表明和认证p型掺杂的原理。

图2

激光照射MoTe2:一步完成集成电路的“私人定制”

图6b是初始的STM图(与直射地区的部位间距超过300μm),发觉了原子吸咐(adatom)缺陷和Te位置缺陷点。特定原子吸咐为A型缺陷,如图所示2c,这类吸咐的原子在主晶格常数的Te结构域周边展现三角形突显物形,高宽比约2a (填补图8)。A型缺陷是针头扫描仪期内造成的原子转移和吸咐,因此 推断是极高真空泵下经常会出现的H原子。这二种缺陷全是原有缺陷,便是无光照就含有的。部分求微分氧化还原电位(dI / dV)意味着着态密度(LDOS)。A型缺陷的部分求微分氧化还原电位,如图2d中红杠,显示信息了V = - 0.6 V处的中空隙情况,并含有一个下沉的价带最高值(VBM)。也就是说,A型缺陷在寄主晶格常数中当做电子器件供体。

图2e为直射点周边的STM图。鲜红色、翠绿色和蓝色方块各自表明吸咐原子缺陷、钼位置和团簇缺陷。Mo位置的原子辨别外貌是在Mo结构域周边有一个显著的坑,特定为B型缺陷(图2f)。B型缺陷是光诱导的加温造成的过渡元素点位置。dI/dV在B型缺陷结构域的值与初始的2H-MoTe2类似(图3g),这说明B型缺陷并不是一个特异性掺杂物。团簇缺陷在STM图上观查到周边有很大的波浪纹(高宽比~5 - 7a,半经~2 nm),无独特的原子特点(图2h),特定为C型缺陷。C型缺陷部位的LDOS向未占有情况显示信息了约0.5 eV的实际性潜在性偏位(图2i)。沿H中的虚线箭头符号绘图全部dI/dV曲线图在原子限度上捕捉了CBM和VBM部位的部分转变及其带边尾迹。可以说,C型缺陷是寄主MoTe2晶格常数中的电子器件蛋白激酶,是带正电荷的吸咐氧原子团簇。

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因此 ,断面在光照后的p型掺杂绝大多数是由于氧原子在光照全过程中外扩散到范德华固层空隙中并产生了氧原子团簇。近期相对密度函基础理论测算和试验观查的工作中也是觉得氧对TMDCs而言为p型掺杂剂!

3、迅速可编程控制器的掺杂

部分p型掺杂是因为光诱导的n型主晶格常数内分子结构-位置团簇的造成,因此 在电源电路制作过程中能够将光照時间做为一个简易的加工工艺主要参数来操纵掺杂水平。

创作者最先对安全通道长短和薄厚的危害开展了探寻。维持光照時间为60s,更改断面薄厚为12.7、7.6、6.2和3.2 nm,能够发觉在较薄的断面上,p型特点慢慢提高,开/关比扩大。(填补图12和图13)。

另外创作者科学研究了不一样安全通道长短的光照-時间依赖感掺杂(图3a)和霍尔元件精确测量(图3b)。图3c中,在1.0μm长的断面中,电阻器(Rsheet)先在20s的直射后提升 (左侧),随后在20-90s直射后减少(右侧)。图3d的迁移曲线图也显示信息出断面的慢慢p掺杂化。从图3e中,能够看得出从0到90秒,安全通道电阻器和载流子浓度值随光照時间的转变,另外显示信息霍尔元件精确测量中载流子浓度值的偏差范畴。二种检测相互确认了光照前,断面中原始载流子(电子器件)浓度值在为2.5 × 1011 cm-2;光照后,断面中最大空化浓度值能够做到3.0 × 1013 cm-2。

图3

激光照射MoTe2:一步完成集成电路的“私人定制”

总体观察结果显示,在亚微米限度下,部分掺杂能够根据一分钟内的光照時间精准程序编写。在填补参考文献图14中,创作者用40个器件干了可重复性试验,认证器件特性靠谱与可靠性。

4、共面BJTs和太阳能电池的可编程控制器制做

科学研究了原理和影响因素,最终就需要来运用这一缺陷诱发p掺杂啦。

运用一:n-p-n双极结晶体三极管(BJTs)的列阵(如图16a和4b)。

图16c显示信息了一个n-p-n BJT,配备为一个共发射极几何图形样子的电流量放大仪。4-μm-long安全通道可选择性直射电级30s产生p型基极(B),而左和右电级为n型,各自为集电结(C)和发射极(E)。

扫描仪光电流显像认证了2个P-N二极管联接产生一个N-P-N BJT(图16d的插画图片)。图16d中的二极管I–V特点认证了基极-集电结结成P–N(鲜红色),发射极-基极结成N–P(深蓝色)。在图4e的出特点中,键入电流量Ib为0.5 na,在集电结电流量Ic变大到3–9 na,在其中β精确测量值相对性较小,大概10–20(图4e,深蓝色下)。因为n–p–n BJT被置放在SiO2/p -Si基钢板上,因而能够根据释放一个正背栅工作电压Vg调整BJT内的动能偏位(进而能够调节发射极、基极和集电结地区的掺杂遍布及其发射极-基极和基极-集电结相接处的耗光总宽),进而使该器件变成变换器件。释放40 V正栅压时,产生N –P–N 型BJT,β明显提升到150之上(图4f,鲜红色上)。如插画图片所显示,发射极和集电结的重掺杂提升 了引入高效率(即发射极引入的载流子与基极引入的载流子之比)。发射极地区的重掺杂和基极地区的轻掺杂造成引入基极的电子器件比从基极引入发射极的空化多很多。

图16

激光照射MoTe2:一步完成集成电路的“私人定制”

运用二:环形共面p-n结列阵——太阳能电池(如图所示5)。

可撰写掺杂也可用以设计方案随意样子的共面器件构造。最先在大规模MoTe2上绘图环形列阵,并根据光刻技术将每一个电级配备在环形的管理中心和外场。随后对列阵管理中心电级上光照1 min造成盘形P-N二极管(图5a,b)。光电流显像(图4C)确认轴向P-N结。最终,用1200 nm激光发生器精确测量二极管的太阳能发电回应。在图5d中,黑、红、蓝、绿线相匹配0、0.6、2.4、13.8 nw激光功率的太阳能发电I-V曲线图。EQE为正电荷载流子数与光子美容数之比,即EQE=(Iph/e)/(Popt/hv),在其中Iph是Vb=0的光电流,e是基本电荷,Popt是激光功率,h是普朗克常数,v是光频率。获得EQE各自为10%、16%和11%,比应用MoS2或WSe2单面p-n太阳能电池得到的偏高一个量级,可与性能卓越2d TMDC/石墨烯材料竖直层叠光学旋光性充电电池对比。

图5

激光照射MoTe2:一步完成集成电路的“私人定制”

5、完毕的交界线

因此 ,用扫描仪能见光探头完成2H-MoTe2断面自指向掺杂,迅速而简易地完成了二维电源电路的可编程控制器载入,对开发设计二维半导体材料规模性电源电路是十分有使用价值的!大家们还可以考虑一下其他二维材料是不是也可以完成这般智能化而简单的集成化呢?

论文参考文献:Seo, S.-Y.; Park, J.; Park, J.; Song, K.; Cha, S.; Sim, S.; Choi, S.-Y.; Yeom, H. W.; Choi, H.; Jo, M.-H., Writing monolithic integrated circuits on a two-dimensional semiconductor with a scanning light probe. Nature Electronics 2018, 1 (9), 512-517.

文章内容连接:https://www.nature.com/articles/s41928-018-0129-6

文中由linglingbb撰稿。江苏省激光器同盟转载材料牛wan 站

标签:MoTe缺陷集成电路原子光照私人通道电极局部激光知识科普基极p型范德华


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