热扫描探针光刻技术消除二维半导体材料-金属肖特基势垒——不止于操作便捷更在于特性提升_应力检测消除案例

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热扫描探针光刻技术消除二维半导体材料-金属肖特基势垒——不止于操作便捷更在于特性提升

热扫描探针光刻技术消除二维半导体材料-金属肖特基势垒——不止于操作便捷更在于特性提升时间: 2024-07-17 23:47:35 | 作者: 华体会体彩

　　），表现出了诸多新奇的特性，从而使其具有应用于新型电子器件领域的潜力。目前，研究人员常用电子束光刻的方法，在此类仅若干原子层厚的材料表面定域制备图形化电，从而研究其电学特性。然而，采用此类方法常遇到的问题之一是二维半导体材料与金属电之间为非欧姆接触，且具有较高的肖特基势垒。

　　Nature Electronics上的Patterning metal contacts on monolayerMoS2with vanishing Schottky barriers using thermal nanolithography一文（Nature Electronicsvolume 2, pages17–25 (2019)），针对以上问题展开了研究。文中，Zheng等人采用热扫描探针光刻（thermal scanning probe lithography，t-SPL）的方法，在二维原子晶体表面成功制备了图形化电。此方法具有高的可重复性，并且具有小于10 nm的分辨率，以及可观的产率（单根针达到105?μm2?h?1）。相较于电子束光刻方法而言，此办法能够一起进行图形化工艺并原位对图形化工艺后的结果进行成像表征，而且不需要真空腔体以及高能电子束。采用这一技术方案，Zheng等人在单层MoS2上制备了具有栅和背栅结构的场效应晶体管。在未采用负电容或异质堆叠等方案的前提下，Zheng等人制备的器件中的二维半导体材料与金属电之间的肖特基势垒趋于0 meV，开关比达到1010，且亚阈值摆幅低至64 mV/dec，大大优于此前诸多其他方案所制得的类似器件的电学特性。

　　值得指出的是，文中Zheng等人实现图形化掩膜制备所用的设备，是由瑞士Swisslitho公司所研发的NanoFrazor 3D纳米结构高速直写机，该系统实现图形化工艺主要是基于前文所述的热扫描探针光刻技术。热扫描探针光刻技术的核心，是利用高温纳米针与一种热解胶（PPA）作用，热解胶在高温作用下会挥发，从而使热针“画”过的区域没有热解胶而热针没有“画”过的区域留存有热解胶，以此来实现对热解胶的图形化处理。工艺过程中，图形的刻写精度与针的曲率半径以及针的温度控制水平息息相关。依托成熟的微加工工艺以及微系统设计经验，Swisslitho设计并制备了具有纳米曲率半径的针的悬臂梁，并且在悬臂梁上集成了用于控制及反馈针温度的电学系统，可以在室温至1100 ℃的范围内对针的温度做准确地控制及监测，从而使得NanoFrazor的图形加工精度能够达到10 nm量的水平，且工艺具有佳的稳定性和重复性。

　　另一方面，从工作原理显而易见，热扫描探针光刻不需要额外的显影操作。只要是用高温纳米探针在热解胶表面一“画”，热解胶表面相应区域就会挥发掉，从而在表面留下痕迹。着眼于这一特点，Swisslitho的研发人员巧妙地在悬臂梁上集成了轮廓探测器，可以原位对热解胶表面留下的痕迹进行形貌表征，以此来实现闭环图形加工功能。NanoFrazor使用户都能够实时了解图形加工的情况，并进行修正，大大缩减了图形化工艺所用的时间，提升了效率。