Diese Arbeit wurde von der National Science Council, Taiwan unter Vertrag Nein unterstützt DIE MEISTEN 105-2112-M-003-016-MY3. Diese Arbeit war auch Teil der nationalen Nano Gerät Laboratorien und Elektronenstrahl-Labor in der Elektrotechnik der National Taiwan University unterstützt.

(1) 2D Quasi Heterojunction Transistoren Fertigungsprozess
<ol><li>Bereiten Sie kommerzielle c-Ebene Saphir.<ol>
<li>Reinigen Sie den völlig einseitig geschliffenen Saphir (2 Zoll) mit Aceton.</li>
		<li>Spülen Sie das Saphire Substrat mit Isopropyl-Alkohol.</li>
	</ol></li>
	<li>Wachsen Sie MoS2 auf Saphir Substrat mit CVD in einem warm-Wand-Ofen.<ol>
<li>Statt 0,6 g Molybdän trioxid (MoO3) Pulver in einem quarzboot befindet sich an der Heizung Zone Mitte des Ofens. Setzen Sie das Saphire Substrat flussabwärts neben das quarzboot mit dem MoO3 Pulver.</li>
		<li>Schwefel (S) Pulver in einem separaten quarzboot auf den vorgelagerten Seite des Ofens vorzubereiten. Halten Sie die Temperatur auf 190 ° C während der Reaktion.</li>
		<li>Verwenden von Argon (Ar = 70 Sccm, 40 Torr) gas-Durchfluss, S und MoO3 Dämpfe zum Saphir Substrat zu bringen, während das Zentrum Heizzone bis 750 ° C.</li>
		<li>Halten Sie die Heizzone nach Erreichen der gewünschten Wachstum Temperatur von 750 ° C für 15 min und dann natürlich der Ofen auf Raumtemperatur abkühlen.</li>
	</ol></li>
	<li>Durchführen Sie EBL. Hinweis: Eine dünne Au von ca. 5 nm wurde durch Sputtern für die Entladung bei allen EBL-Prozessen auf Saphir Substrat abgeschieden<ol>
<li>Identifizieren, mit einem optischen Mikroskop, ein Gebiet, wo MoS2 Monolage Flocken beobachtet werden, dann das Layout Streifen Muster für diesen speziellen Bereich mit einem Design-Software (AutoCAD).</li>
		<li>Spin-Mantel Fotolack (PR), zum Beispiel Polymethyl Methacrylat (PMMA) oder P015, auf Probe bei 2000 u/min für 60 s (Raumtemperatur). Sicherstellen Sie, dass die PR die gesamte Probe nach Spin Beschichtung bedeckt hat.</li>
		<li>Erhitzen die Probe (weiche Backen) bei 100 ° C für 90 s um verdunsten der Lösungsmittel in der PR und verbessern die Haftung.</li>
		<li>Die Muster-Layout im Schritt 1.3.1 in einer bestimmten Datei umwandeln (Beispiel: GDS-Datei), und laden Sie sie in der EBL-Software.</li>
		<li>Die ideale Dosis des Elektronenstrahls basierend auf der Breite der Linien im Layout zu bestimmen. Hinweis: Für die Linienbreite schmaler als 1 µm ist die ideale Dosis des Elektronenstrahls 110 µC/cm2; für 1 bis 5 µm Breite ist die Dosis 100 µC/cm2; und für die Breite größer als 5 µm, die Dosis beträgt 80 µC/cm2.</li>
		<li>Verfügbarmachen der Probe Elektronenstrahl zu starten.</li>
		<li>Legen Sie Post Exposure Bake (PEB) auf die Probe nach der Exposition um die stehende Welle Auswirkungen zu verringern. Erhitzen die Probe bei 120 ° C für 90 s.</li>
		<li>Verwenden Sie Tetramethylammonium Hydroxid (TMAH) 2,38 % als Entwickler. Eintauchen die Probe TMAH für 80 S. Auswaschen der TMAH mit 200 mL entionisiertem Wasser für 10 s.</li>
		<li>Prüfen Sie, ob das Muster auch durch optische Mikroskopie entwickelt wird.</li>
		<li>Durchführung von harten Backen get rid of Extrawasser in PR. Hitze der Probe bei 110 ° C für 90 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Definieren Sie die Streifen-Strukturen mit 50 W Sauerstoff (O2) Plasma Ätzen (1St Etching) für 30 s bis 2 min und entfernen PR mit 50 mL Aceton.</li>
	<li>Wolfram Diselenide (WSe2) mit CVD auf die Zielposition, was zu einem bevorzugten Wachstum von WSe2 Schicht zwischen den bereits bestehenden MoS2 Streifen auf dem Saphir Substrat führt zu wachsen.<ol>
<li>Statt 0,6 g Wolfram trioxid (WO3) Pulver in einem quarzboot befindet sich an der Heizung Zone Mitte des Ofens. Setzen Sie das Saphire Substrat flussabwärts neben das quarzboot mit dem WO3 Pulver.</li>
		<li>Bereiten Sie Selen (Se) Pulver in einem separaten quarzboot auf den vorgelagerten Seite des Ofens. Behalten Sie die Temperatur bei 260 ° C während der Reaktion.</li>
		<li>Verwenden Sie Ar/H2 (Ar = 90 Sccm, H2 = 6 Sccm, 20 Torr) gas-Durchfluss, Se und WO3 Dämpfe zum Saphir Substrat zu bringen, während das Zentrum Heizzone bis 925 ° C.</li>
		<li>Halten Sie die Heizzone nach Erreichen der gewünschten Wachstum Temperatur von 925 ° C für 15 min und dann natürlich der Ofen auf Raumtemperatur abkühlen.</li>
	</ol></li>
	<li>Die Metall-Pad-Arrays und Ausrichtungsmarken zu fabrizieren.<ol>
<li>Auf der Folie die Muster der Metal Pad Arrays und Ausrichtung der Photolithographie Musterung Technik verwenden.</li>
		<li>Anzahlung 20 nm/60 nm Ti/Au mit Elektronenkanone Verdampfer. Hinweis: Gold wird verwendet, um die Oxidation der Metall-Pads zu vermeiden.</li>
		<li>Bereiten Sie und Tauchen Sie die Probe auf 100 mL Aceton auflösen PR und Lift-Off durchzuführen. Schütteln Sie und sprengen Sie das Aceton bei der Überwachung des gesamten Prozesses über optische Mikroskopie bis die Metall Pads sichtbar.</li>
	</ol></li>
	<li>Führen Sie einen anderen EBL-Prozess um eine Multifunktionsleiste Form auf die MoS2- WSe2 Heterojunction Musterüberlagerung.<ol>
<li>Messen Sie die Koordinate Verschiebung zwischen den Zielregionen in MoS2- WSe2 Heterojunction und der optischen Mikroskopie mit Ausrichtungsmarken und das Menüband-Form-Layout basierend auf diese Messungen mit Hilfe einer Software (AutoCAD).</li>
		<li>Spin-Mantel PR, z. B. PMMA oder P015, auf Probe bei 2000 u/min für 60 s (Raumtemperatur). Sicherstellen Sie, dass die PR die gesamte Probe nach Spin Beschichtung bedeckt hat.</li>
		<li>Erhitzen die Probe (weiche Backen) bei 100 ° C für 90 s um verdunsten der Lösungsmittel in der PR und verbessern die Haftung.</li>
		<li>Die Muster-Layout im Schritt 1.7.1 in einer bestimmten Datei umwandeln (Beispiel: GDS-Datei), und laden Sie sie in der EBL-Software.</li>
		<li>Die ideale Dosis des Elektronenstrahls basierend auf der Breite der Linien im Layout zu bestimmen. Hinweis: Für die Linienbreite schmaler als 1 µm ist die ideale Dosis des Elektronenstrahls 110 µC/cm2; für 1 bis 5 µm Breite ist die Dosis 100 µC/cm2; und für die Breite größer als 5 µm, die Dosis beträgt 80 µC/cm2.</li>
		<li>Die EBL-Maschine so eingestellt, dass die Position der Ausrichtungsmarken im Saphir Substrat seine Entsprechung im Layout entspricht.</li>
		<li>Verfügbarmachen der Probe Elektronenstrahl zu starten.</li>
		<li>Gelten Sie PEB auf der Probe nach der Belichtung um die stehende Welle Auswirkungen zu reduzieren. Erhitzen die Probe bei 120 ° C für 90 s.</li>
		<li>Verwenden Sie TMAH 2,38 % als Entwickler. Eintauchen die Probe TMAH für 80 S. Auswaschen der TMAH mit 200 mL entionisiertem Wasser für 10 s.</li>
		<li>Prüfen Sie, ob das Muster auch durch optische Mikroskopie entwickelt wird.</li>
		<li>Durchführung von harten Backen get rid of Extrawasser in PR. Hitze der Probe bei 110 ° C für 90 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Verwenden Sie O2 Plasma Ätzen (2Nd Etching), um eine Band geformten seitlichen Heterojunction definieren, und entfernen Sie PR durch Aceton.</li>
	<li>Führen Sie den EBL-Prozess, um von der Ti/Au Metallelektroden Musterüberlagerung.<ol>
<li>Messen Sie die Koordinate Verschiebung zwischen den Zielregionen in MoS2- WSe2 Heterojunction und der optischen Mikroskopie mit Ausrichtungsmarken und das Metall-Elektrode Layout basierend auf diese Messungen mit Hilfe einer Software (AutoCAD).</li>
		<li>Spin-Mantel PR, z. B. PMMA oder P015, auf Probe bei 2000 u/min für 60 s (Raumtemperatur). Sicherstellen Sie, dass die PR die gesamte Probe nach Spin Beschichtung bedeckt hat.</li>
		<li>Erhitzen die Probe (weiche Backen) bei 100 ° C für 90 s um verdunsten der Lösungsmittel in der PR und verbessern die Haftung.</li>
		<li>Die Muster-Layout im Schritt 1.9.1 in einer bestimmten Datei umwandeln (Beispiel: GDS-Datei), und laden Sie sie in der EBL-Software.</li>
		<li>Die ideale Dosis des Elektronenstrahls basierend auf der Breite der Metall-Leitungen im Layout zu bestimmen. Hinweis: Für Metall Linienbreite schmaler als 1 µm ist die ideale Dosis des Elektronenstrahls 110 µC/cm2; für 1 bis 5 µm Breite ist die Dosis 100 µC/cm2; und für die Breite größer als 5 µm, die Dosis beträgt 80 µC/cm2.</li>
		<li>Die EBL-Maschine so eingestellt, dass die Positionen der Ausrichtungsmarken im Saphir Substrat passt seine Entsprechung im Layout.</li>
		<li>Verfügbarmachen der Probe Elektronenstrahl zu starten.</li>
		<li>Gelten Sie PEB auf der Probe nach der Belichtung um die stehende Welle Auswirkungen zu reduzieren. Erhitzen die Probe bei 120 ° C für 90 s.</li>
		<li>Verwenden Sie TMAH 2,38 % als Entwickler. Eintauchen die Probe TMAH für 80 S. Auswaschen der TMAH mit 200 mL entionisiertem Wasser für 10 s.</li>
		<li>Prüfen Sie, ob das Muster auch durch optische Mikroskopie entwickelt wird.</li>
		<li>Durchführung von harten Backen get rid of Extrawasser in PR. Hitze der Probe bei 110 ° C für 90 s.</li>
	</ol></li>
	<li>Ti/Au Metallabscheidung und Lift-Off durchführen<ol>
<li>Einzahlen Ti/Au Metall mit Elektronenkanone Verdampfer mit der Dicke von weniger als 100 nm, andernfalls wird es schwierig, die PR und das unerwünschte Metall durch Lift-Off zu entfernen sein.</li>
		<li>Bereiten Sie und Tauchen Sie die Probe auf 100 mL Aceton auflösen PR und Lift-Off durchzuführen. Schütteln Sie und sprengen Sie das Aceton bei der Überwachung des gesamten Prozesses über optische Mikroskopie bis gibt es nur Metall-Leitungen und Pads Links.</li>
	</ol></li>
	<li>Durchführen Sie die EBL-Prozess im Schritt 1,9 aber überlagern Sie die Pd/Au-Metall-Elektrode Muster statt Ti/Au.</li>
	<li>Die Metall-Ablagerungen und Lift-Off-Prozess im Schritt 1.10 durchführen, aber Pd/Au statt Ti/Au zu hinterlegen.</li>
</ol>2. 2D zurück-gated Transistoren Fertigungsprozess
<ol><li>Rücken-gated Si/SiO2 Substrate mit Ausrichtungsmarken vorzubereiten.<ol>
<li>Bereiten Sie selbstgemacht oder kommerzielle SiO2/Si Substrat.</li>
		<li>Verwenden Sie Photolithographie oder EBL Musterung Techniken um die Ausrichtung der Marke zu definieren.</li>
		<li>Durchführen Sie reaktive Ionen Ätzen (RIE) auf dem SiO2/Si Substrat, bis die Gesamttiefe des Zielbereichs 1000 nm erreicht, und entfernen Sie die PR O2 Plasma, die gebildeten Ausrichtungsmarken zu offenbaren.</li>
		<li>Die Muster der Metal Pad Arrays mit Photolithographie Musterung Technik zu überlagern.</li>
		<li>Anzahlung 20 nm/60 nm Ti/Au mit Elektronenkanone Verdampfer. Hinweis: Gold wird zur Oxidation der Metall-Pads zu vermeiden.</li>
		<li>Bereiten Sie und Tauchen Sie die Probe auf 100 mL Aceton auflösen PR und Lift-Off durchzuführen. Schütteln Sie und sprengen Sie das Aceton bei der Überwachung des gesamten Prozesses durch optische Mikroskopie bis die Metall Pads sichtbar.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Führen Sie CVD MoS2 auf Saphir Substrat in einem warm-Wand-Ofen.<ol>
<li>Statt 0,6 g MoO3 Pulver in einem quarzboot befindet sich an der Heizung Zone Mitte des Ofens. Setzen Sie das Saphire Substrat flussabwärts neben das quarzboot mit dem MoO3 Pulver.</li>
		<li>Bereiten Sie S Pulver in einem separaten quarzboot auf den vorgelagerten Seite des Ofens. Halten Sie die Temperatur auf 190 ° C während der Reaktion.</li>
		<li>Verwenden von Argon (Ar = 70 Sccm, 40 Torr) gas-Durchfluss, S und MoO3 Dämpfe zum Saphir Substrat zu bringen, während das Zentrum Heizzone bis 750 ° C.</li>
		<li>Halten Sie die Heizzone nach Erreichen der gewünschten Wachstum Temperatur von 750 ° C für 15 min und dann natürlich der Ofen auf Raumtemperatur abkühlen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>MoS2 aus der Saphir auf dem Rücken-gated SiO2/Si Untergrund zu übertragen.<ol>
<li>Spin-Mantel PMMA mit die Schleuderdrehzahl von 3500 u/min für 30 s auf der MoS2 Film.</li>
		<li>Backen Sie die MoS2/sapphire Probe bei 120 ° C für 3 min um die PMMA-Beschichtung zu stärken.</li>
		<li>Tauchen Sie die MoS2/Sapphire Probe in 50 mL Ammoniaklösung (14,5 %) für ca. 30 min bis 2 h MoS2 Film vom Saphir Substrat zu trennen.</li>
		<li>Der Film holen und überträgt es auf das SiO2/Si Substrat.</li>
		<li>Backen Sie die MoS2/SiO2/Si Probe um die Adhäsion zwischen den MoS2 und SiO2 Schichten zu erhöhen. Erhitzen der Probe bei 120 ° C für ca. 30 min bis 1 h.</li>
		<li>Entfernen Sie die PMMA durch Waschen mit 30 mL Aceton für etwa 30 min bis 2 h.</li>
		<li>Spülen Sie die Probe mit Isopropyl-Alkohol und verwenden Sie Stickstoff, es trocken zu Blasen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Durchführen Sie EBL. Hinweis: Es gibt keine dünnen Au bei EBL auf SiO2/Si Substrat abgeschieden, da Si irgendwie leitend ist.<ol>
<li>Die Koordinate Verschiebung zwischen den Zielregionen zu messen und die Ausrichtung markiert mit optischen Mikroskopie und anhand dieser Messungen, gestalten Sie das Muster-Layout von Metall-Elektroden mit einem Design-Software. Hinweis: Metall-Elektroden anschließen der Zielpunkte in der MoS2 Probe auf die Metall-Pads im SiO2/Si Substrat.</li>
		<li>Spin-Mantel PR, z. B. PMMA oder P015, auf Probe bei 2000 u/min für 60 s (Raumtemperatur). Sicherstellen Sie, dass die PR die gesamte Probe zurückgelegt hat.</li>
		<li>Erhitzen die Probe (weiche Backen) bei 100 ° C für 90 s um verdunsten der Lösungsmittel in der PR und verbessern die Haftung.</li>
		<li>Die Muster-Layout im Schritt 2.4.1 in einer bestimmten Datei umwandeln (Beispiel: GDS-Datei), und laden Sie sie in der EBL-Software.</li>
		<li>Die ideale Dosis des Elektronenstrahls basierend auf der Breite der Metall-Leitungen im Layout zu bestimmen. Hinweis: Für Metall Linienbreite schmaler als 1 µm ist die ideale Dosis des Elektronenstrahls 110 µC/cm2; für 1 bis 5 µm Breite ist die Dosis 100 µC/cm2; und für die Breite größer als 5 µm, die Dosis beträgt 80 µC/cm2.</li>
		<li>Die EBL-Maschine so eingestellt, dass die Position der Ausrichtungsmarken in Si/SiO2 Substrat seine Entsprechung im Layout entspricht.</li>
		<li>Verfügbarmachen der Probe Elektronenstrahl zu starten.</li>
		<li>Legen Sie PEB auf die Probe nach der Exposition um die stehende Welle Auswirkungen zu verringern. Erhitzen die Probe bei 120 ° C für 90 s.</li>
		<li>Verwenden Sie TMAH 2,38 % als Entwickler. Eintauchen die Probe TMAH für 80 S. Auswaschen der TMAH mit 200 mL entionisiertem Wasser für 10 s.</li>
		<li>Prüfen Sie, ob das Muster auch durch optische Mikroskopie entwickelt wird.</li>
		<li>Durchführung von harten Backen get rid of Extrawasser in PR. Hitze der Probe bei 110 ° C für 90 s.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Führen Sie Au Metal Deposition und Lift-Off<ol>
<li>Einzahlen Au Metall mit Elektronenkanone Verdampfer mit der Dicke von weniger als 100 nm, andernfalls wird es schwierig, die PR und das unerwünschte Metall durch Lift-Off zu entfernen sein.</li>
		<li>Bereiten Sie und Tauchen Sie die Probe auf 100 mL Aceton auflösen PR und Lift-Off durchzuführen. Schütteln Sie und sprengen Sie das Aceton bei der Überwachung des Prozesses über optische Mikroskopie bis gibt es nur Metall-Leitungen und Pads Links.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Kim, Y. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Challenges+for+Nanoscale+MOSFETs+and+Emerging+Nanoelectronics.">Challenges for Nanoscale MOSFETs and Emerging Nanoelectronics.</a> Transactions on Electrical and Electronic Materials. 11 (3), 93-105 (2010).</li><li>Waldrop, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+chips+are+down+for+Moore's+law.">The chips are down for Moore's law.</a> Nature. 530 (7589), 144-147 (2016).</li><li>Lan, Y. W., Chang, W. 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Die Autoren haben nichts preisgeben.

In diesem Artikel werden die Modalitäten der Herstellung neuartiger Elektronik basierend auf 2D Materialien im Nanometer-Maßstab demonstriert. Da die Probenaufbereitungsverfahren der jeweiligen Anwendung Unterschiede miteinander haben, wurden die überlappende Prozesse als Protokoll behandelt. Electron Beam Musterung kombiniert mit materiellen Standortbestimmung und Metallelektroden Definition dient somit als das Protokoll hier. Unter den zwei Arten der genannten Geräte der gesamte Prozess der 2D zurück-gated Transistoren ab nassen Übertragung Einkristall MoS2 Filme auf SiO2/Si Substrate und endend mit Metalldeckel wurden vorgestellt. Der Grund warum Fokus auf 2D gated Transistoren zurückgegeben wird ist die dringende Notwendigkeit der verbesserten 2D Materialien basierenden Feldeffekttransistoren (FETs). Wichtige Punkte im Zusammenhang mit ihren Fertigungsprozess werden daher in den folgenden Absätzen betont werden.
Es gibt einige heikle Punkte in jedem Schritt der Experimente. Erstens ist die Rangfolge der materiellen Ortung gefolgt von der Beseitigung von PMMA erforderlich, um ungünstige Adsorption zu vermeiden, während die MoS2 Filme an der Luft auszusetzen. Die Adsorption ist eine der Ursachen für Performance-Einbußen. Folglich, Backen die Probe mit einer Dauer, die soll länger als 30 min, nachdem die Übertragung notwendig ist. Ansonsten ist der Film einfach abgezogen werden, wenn PMMA mit Aceton aufgrund der schlechten Befestigung der Filme und Dielektrikum, die Ergebnisse in das Verschwinden der Flocken auf Zielpositionen auflösen. Die Dosis des Elektronenstrahls ist ein weiterer entscheidender Faktor für die Musterung. Hohen Electron Beam Dosierung eignet sich nicht für Muster mit engen Abstand zwischen den Elektroden durch den Nahbesprechungseffekt. Auf der anderen Seite kann die Verringerung der Dosierung auf die Unfähigkeit, das ideale Muster zu erreichen führen. Feinabstimmung der Parameter der Elektronenstrahl muss daher durchgeführt werden. Grundsätzlich ein dünnes Metall wird bevorzugt für einfacher Lift-Off, und seine ideale Stärke hängt von der Anwendung und die Dicke der Fotolack. Für die 2D Transistor in diesem Projekt, Metall-Dicke unter 100 nm ist akzeptabel.
Eine Einschränkung der Methode ist, dass manueller Bedienung erforderlich, so dass es nur für wissenschaftliche Zwecke geeignet ist. Sobald Wafer Scale Synthesetechniken dieser Materialien gut entwickelt sind, kann dieser Ansatz traditioneller Halbleiter-Technologie übernehmen. Außerdem existiert ein Trade-off zwischen dem erhalten einer höheren Auflösung und Material-Qualität bei der Wahl zwischen optischen Bildgebung und die alternative Methode mit Rasterelektronenmikroskop (REM) bei der Bestimmung der materiellen Lage. Das optische bildgebende Verfahren, die in diesem Protokoll verwendeten bietet Mikrometer Skala Präzision zur Ortung von Positionen, während SEM präziser ist, aber Schäden im Material veranlassen könnte. Deshalb verwenden optische Bildgebung wie vorgeschlagen im Protokoll die zweckmäßigste bei weitem.
Seit Jahren der Forschung sucht den besten Weg, um neue Materialien zu entwickeln ist unentbehrlich, Labor Geltungsbereich Herstellung mit anschaulichen Experimenten immer noch eine wichtige Position einnimmt. Natürlich kann diese Methode nicht nur für 2D Materialien, sondern auch für 1D und unentdeckten Materialien in Zukunft dienen erweitern die Möglichkeiten von nanoskaligen Elektronik.

Seit vergangenen Jahrzehnten erlebt Menschheit Rapid downscale in der Größe der Transistoren und folglich einer exponentiellen Zunahme der Anzahl der Transistoren in integrierten Schaltkreisen (ICs). Dadurch bleibt der kontinuierlichen Fortschritt der Silizium-basierten ergänzende Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) Technologie1. Der aktuelle Trend in der Größe und Leistung der gefertigten Geräte sind noch auf der Strecke mit Moores Gesetz, die besagt, dass die Anzahl der Transistoren auf Mikrochips sowie ihre Leistung verdoppelt sich etwa alle zwei Jahre2. CMOS-Transistoren sind vorhanden in den meisten, wenn nicht alle, die elektronische Geräte, die auf dem Markt und somit Bestandteil des menschlichen Lebens. Aus diesem Grund sind die ständige Forderungen nach Verbesserungen in Chipgröße und Leistung, die der Hersteller für das Mooresche Gesetz Spur verfolgen vorangetrieben haben.
Leider scheint das Moore'sche Gesetz kurz vor sein Ende durch die Menge von Hitze erzeugt, wie mehr Silizium-Schaltungen in einem kleinen Bereich2zusammengedrückt wird. Dies erfordert neue Arten von Materialien, die das gleiche bieten kann, wenn nicht besser, Leistung wie Silizium und zur gleichen Zeit in einem relativ kleinen Maßstab umgesetzt werden können. Vor kurzem wurden neue vielversprechende Materialien Themen von vielen Materialwissenschaften erforscht. Solche Materialien als eindimensionale (1D) Kohlenstoff-Nanoröhren3,4,5,6,7, 2D Graphen8,9,10, 11 , 12und Übergangsmetall (TMDs) Dichalcogenides13,14,15,16,17,18, sind gute Kandidaten, die als genutzt werden kann Ersatz für siliziumbasierte CMOS und weiter das Moore'sche Gesetz Track.
Herstellung von kleinen Geräten erfordert sorgfältige Standortbestimmung, erfolgreich um die anderen Fertigungsverfahren wie Lithografie und Metall-Elektrode-Definition zu gelangen das Material. Also, wurde in diesem Dokument vorgestellte Methode entwickelt, um diesem Bedarf zu begegnen. Im Vergleich zu den traditionellen Halbleiter Fertigung Techniken19, ist der Ansatz, die in diesem Dokument vorgestellte Schneider ausgestattet, um die Entwicklung von kleinen Geräten, die mehr Aufmerksamkeit in Bezug auf die Suche nach dem Ort des Materials. Das Ziel dieser Methode ist, 2D Nanomaterial Geräte wie 2D zurück-gated Transistoren und Q-HBTs mit standard Fabrikationsprozesse zuverlässig zu fabrizieren. Dies dient als Plattform für zukünftige Nanodevice Entwicklungen, wie sie den Weg für die Produktion der Zukunft fortschrittliche Nano-Maßstab Geräte ebnet.
Im Abschnitt Verfahren werden die Herstellungsprozesse für 2D Materialien-basierten Geräten nämlich die Q-HBT und 2D zurück-gated Transistor ausführlich diskutiert. Elektronen Strahl Musterung kombiniert mit materiellen Standortbestimmung und Metallelektroden Definition umfasst das Protokoll, da sie in beiden genannten Prozesse benötigt werden. Teil 1 behandelt die schrittweise Herstellung von Q-HBTs20; und Teil 2 zeigt einen universellen Ansatz um chemical Vapor Deposition (CVD) Molybdän-Disulfid (MoS2) Rücken-gated Transistoren aus Transfer Lift-Off21, die vollständig in diesem Artikel gezeigt hat. Der detaillierte Ablauf zeigt (Abbildung 1).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:973px;" width="973">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">E-gun Evaporator</td>
			<td style="width:175px;">AST</td>
			<td style="width:255px;">PEVA 600I</td>
			<td style="width:296px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Au slug, 99.99%</td>
			<td>Well-Being Enterprise Co</td>
			<td>&#160;N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Ti slug, 99.99%</td>
			<td>Well-Being Enterprise Co</td>
			<td>&#160;N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">E-beam Lithography System</td>
			<td style="width:175px;">Elionix</td>
			<td style="width:255px;">ELS7500-EX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Cold Wall CVD System</td>
			<td style="width:175px;">Sulfur Science</td>
			<td style="width:255px;">SCW600S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">C-plane Sapphire substrate</td>
			<td style="width:175px;">Summit-Tech</td>
			<td style="width:255px;">X171999</td>
			<td>(0001) &#177; 0.2 &#176; one side polished</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">100 nm SiO2/Si</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:255px;"></td>
			<td>Fabricated in NDL</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Ammonia Solution</td>
			<td style="width:175px;">BASF</td>
			<td style="width:255px;">Ammonia Solution 28% Selectipur</td>
			<td style="width:296px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Molybdenum (Mo), 99.95%</td>
			<td style="width:175px;">Summit-Tech&#160;</td>
			<td style="width:255px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Tungsten (W), 99.95%</td>
			<td style="width:175px;">Summit-Tech&#160;</td>
			<td style="width:255px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Sulfur (S), 99.5%</td>
			<td style="width:175px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:255px;">13803</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Polymethyl Methacrylate (PMMA)</td>
			<td style="width:175px;">Microchem&#160;</td>
			<td style="width:255px;">8110788</td>
			<td>Use for transfer process</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Spin Coater</td>
			<td>Laurell&#160;</td>
			<td>WS 400B 6NPP LITE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Acetone</td>
			<td style="width:175px;">BASF</td>
			<td style="width:255px;">Acetone EL Selectipur</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Isopropanol (IPA)</td>
			<td style="width:175px;">BASF</td>
			<td style="width:255px;">2-Propanol UPS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Photo Resist for EBL</td>
			<td style="width:175px;">TOK</td>
			<td style="width:255px;">TDUR-P-015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:248px;">Plasma Cleaner</td>
			<td style="width:175px;">Harrick Plasma</td>
			<td style="width:255px;">PDC-32G</td>
			<td>Oxygen plasma</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a standard and reliable method to fabricate two-dimensional nanoelectronics

Zweidimensionale (2D) Materialien haben aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten großes Aufsehen. Da Wafer Scale Synthese von 2D Material noch im Entstehen begriffenen Stadium ist, können nicht Wissenschaftler auf traditionellen Halbleiter-Techniken für damit verbundene Forschung voll und ganz verlassen. Zarte Prozesse finden die Materialien zur Elektrode Definition gut kontrolliert werden müssen. In diesem Artikel erforderliche ein universal Fertigung-Protokoll in der Herstellung von Nano-Elektronik, wie 2D quasi Heterojunction bipolar Transistoren (Q-HBT) und 2D zurück-gated Transistoren unter Beweis gestellt werden. Dieses Protokoll enthält die Bestimmung der materiellen Lage, Elektronenstrahllithographie (EBL), Metall-Elektrode Definition, Et Al. Eine Schritt-für-Schritt-Erzählung der Herstellung Verfahren für diese Geräte werden ebenfalls vorgestellt. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass die gefertigten Geräte hohen Leistung mit hoher Wiederholgenauigkeit erreicht hat. Diese Arbeit zeigt eine umfassende Beschreibung des Prozessablaufs für die Zubereitung von 2D Nano-Elektronik, ermöglicht die Forschungsgruppen auf diese Informationen zuzugreifen, und ebnen den Weg für die zukünftige Elektronik.

Das Gerät Fertigungsprozesse wurden zu mehreren des entsprechenden Autors Forschungen mit der Entwicklung von 2D Material Geräten angewendet. In diesem Teil werden die Ergebnisse einiger dieser Forschungen vorgestellt, um die Effektivität des oben genannten Protokolls zu demonstrieren. Eine Monolage seitliche WSe2-MoS2 Q-HBT20 wird als das erste Beispiel ausgewählt. Mit dem Grundgerät Fertigungsprozesse detailliert in das Protokoll, der Monolage seitliche WSe2-MoS2 Heterojunctions wurden (Abbildung 2a) angebaut und fuhr dann fort, durch die Bildung von Q-HBT. Metallkontakte abgelagert wurden auf die seitlichen Heterojunction Q-HBT abgeschlossen. Ti/Au abgelagert wurden, am Anfang der MoS2 Schicht (Abbildung 2 c), gefolgt von der Ablagerung von Pd/Au am Anfang der WSe-2 -Schicht (Abb. 2d). Wurden mehrere seitliche Q-HBT entwickelt, wie mit einem n-p-n-p seitliche Heterojunction dargestellt (Abb. 2d, 2e). Die Funktion des Gerätes Q-HBT ergab sich durch einen Blick in seine Kennlinien wie seine Ausgabe (ichC-VCE) Kurve am gemeinsamen Emitter Konfiguration (Abb. 2f). Abbildung 2f zeigt, dass die seitlichen n-p-n-Q-HBT in zwei Betriebsarten - Sättigung Modus und den aktiven Modus - was beweist arbeitet, dass die Q-HBT, das gebaut wurde mit der Fertigung, in der Tat wie ein Transistor funktioniert.
Der Prozess wurde auch verwendet, 2D zurück-gated Geräte für MoS2 Piezotronic Belastung/Force Sensor21 Anwendung entwickeln. Qualitativ hochwertige dreieckige Monolage MoS2 Filme wurden erstmals synthetisiert, CVD in einem Saphir Substrat verwenden und dann in einem Si/SiO2 Substrat übertragen. Der Rest von den Prozeß des Bildens des MoS2 Films in ein Piezotronic-Gerät ist im Abschnitt Protokoll diskutiert. Abbildung 3a zeigt ein atomic Force Microscopy (AFM) Bild einer abgeschlossenen Vorrichtung, bestehend aus einem dreieckigen MoS2 Monolage und mehrere Sätze von Source/Drain (S-D) Au Elektroden. Um die piezoelektrischen Polarisationsrichtung zu untersuchen, wurden mehrere kontaktelektroden um die Dreiecksform absichtlich entworfen. Abbildung 3 b zeigt die schematische Darstellung der Piezotronic-Sensor-Gerät und das Setup zeigt, wie eine mechanische Belastung durch eine AFM-Spitze testen Sie seine piezoelektrischen Effekt angewendet wird. Ergebnisse in Abbildung 3 c zeigen, dass der sensorvorrichtung Strom durch eines seiner S-D Elektrodenpaare für jeden Anstieg der einwirkenden Kraft und umgekehrt, sinkt die ist ein erwartetes Verhalten für einen Piezo-Sensor. Darüber hinaus impliziert die Daten in Abbildung 3d , dass die entwickelten Sensor stabil ist, da eine wiederholte Anwendung der angewandten Kraft/Belastung kaum seinen Ausgangsstrom oder Antwort geändert.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57885/57885fig1.jpg"> Abbildung 1: Schematischer Ablauf der 2D Elektrogeräte. Die blauen Pfeile repräsentieren den Prozessablauf Herstellung von Q-HBT und braun für 2D zurück-gated Transistor. Einschub: (a) beschichtet das 2D Material auf Saphir Substrat mit PMMA; (b) erhitzt eine Probe während in Ammoniak-Lösung getränkt; (c) schematische Darstellung eines 2D Materials nach der Metallabscheidung und Lift-Off-Prozess. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57885/57885fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57885/57885fig2.jpg"> Abbildung 2: Zweidimensionale seitliche Q-HBT. (a). Phase Bild von AFM. Das Phase-Bild zeigt deutlichen Kontrast zwischen WSe2 und MoS2. (b). die optische Schliffbild eines seitlichen Heterostruktur-Bandes, wo n-Typ Material MoS2 und p-Typ ist, ist WSe2. (c). die optische Schliffbild der Metall Ti/Au hinterlegt auf MoS2 in der seitlichen Heterostruktur-Multifunktionsleiste. Beachten Sie, dass dieses Bild der gleichen Größenordnung wie in (d). (d). die optische Schliffbild der seitlichen Q-HBT, zeigt eine seitliche Heterojunction N−p−n−p. Schwarzer gestrichelter Rahmen markiert die Position der seitlichen Heterostruktur Multifunktionsleiste. (e). schematische Grundstück ein 2D Q-HBT. Die gelben Bänder sind MoS2 Monolagen und die rote Schleife ist WSe2 monomolekularen Film. Ti/Au Metallschichten sollen auf MoS2 während Pd/Au Kontakte mit WSe2einzahlen. (f). die Leistungscharakteristik des seitlichen N−p−n Q-HBT bei verschiedenen VBE -Werten. Nachdruck mit freundlicher Genehmigung von Blaschke, B. M., Et al.. 10. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57885/57885fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57885/57885fig3.jpg"> Abbildung 3. Das MoS2 Monolage Gerät. (a). AFM-Bild des MoS2 Monolage Gerätes. (b). schematische Darstellung der ein MoS-2 -Gerät zeigt, wie eine mechanische Belastung durch eine AFM-Spitze testen Sie seine piezoelektrischen Effekt angewendet wird. (c). - Vb Merkmale der MoS2 Vorrichtung an verschiedenen angewendeten Kräfte unter Druckspannung bei Anwendung Kräfte an Standorten im oberen bezeichnet eingelassen, wodurch Druckspannung wie schematisch in niedriger Einsätze. (d). aktuelle Antwort der CVD Monolage MoS2 Gerät bei wiederholten Druckspannungen Stämme auf einer festen Vorspannung 1 V. Abdruck mit freundlicher Genehmigung von Lan, Y. W., Et al.. 8. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/57885/57885fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

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A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Der Artikel soll ein standard und zuverlässige Fertigung Verfahren für die Entwicklung der zukünftigen niedrig dimensionalen Nanoelektronik einzuführen.

Eine Standard und zuverlässige Methode, zweidimensionale Nanoelektronik zu fabrizieren

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D ...

a-standard-reliable-method-to-fabricate-two-dimensional

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K Aufrufe.  National Taiwan Normal University. Der Artikel soll ein standard und zuverlässige Fertigung Verfahren für die Entwicklung der zukünftigen niedrig dimensionalen Nanoelektronik einzuführen.

Serie: A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

A Method to Fabricate Disconnected Silver Nanostructures in 3D

The standard nanofabrication toolkit includes techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating metal patterns on a submicron scale requires a combination of nanofabrication tools and several material processing steps. For example, steps to create planar metal structures using ultraviolet photolithography and electron-beam lithography can include sample exposure, sample development, metal deposition, and metal liftoff. To create 3D metal structures, the sequence is repeated multiple times. The complexity and difficulty of stacking and aligning multiple layers limits practical implementations of 3D metal structuring using standard nanofabrication tools. Femtosecond-laser direct-writing has emerged as a pre-eminent technique for 3D nanofabrication.1,2 Femtosecond lasers are frequently used to create 3D patterns in polymers and glasses.3-7 However, 3D metal direct-writing remains a challenge. Here, we describe a method to fabricate silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm. The method enables the fabrication of patterns not feasible using other techniques, such as 3D arrays of disconnected silver voxels.8 Disconnected 3D metal patterns are useful for metamaterials where unit cells are not in contact with each other,9 such as coupled metal dot10,11or coupled metal rod12,13 resonators. Potential applications include negative index metamaterials, invisibility cloaks, and perfect lenses.
In femtosecond-laser direct-writing, the laser wavelength is chosen such that photons are not linearly absorbed in the target medium. When the laser pulse duration is compressed to the femtosecond time scale and the radiation is tightly focused inside the target, the extremely high intensity induces nonlinear absorption. Multiple photons are absorbed simultaneously to cause electronic transitions that lead to material modification within the focused region. Using this approach, one can form structures in the bulk of a material rather than on its surface.
Most work on 3D direct metal writing has focused on creating self-supported metal structures.14-16 The method described here yields sub-micrometer silver structures that do not need to be self-supported because they are embedded inside a matrix. A doped polymer matrix is prepared using a mixture of silver nitrate (AgNO3), polyvinylpyrrolidone (PVP) and water (H2O). Samples are then patterned by irradiation with an 11-MHz femtosecond laser producing 50-fs pulses. During irradiation, photoreduction of silver ions is induced through nonlinear absorption, creating an aggregate of silver nanoparticles in the focal region. Using this approach we create silver patterns embedded in a doped PVP matrix. Adding 3D translation of the sample extends the patterning to three dimensions.

Femtosecond-laser direct-writing is frequently used to create three-dimensional (3D) patterns in polymers and glasses. However, patterning metals in 3D remains a challenge. We describe a method for fabricating silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm.

Ein Verfahren zur Getrennt Silber Nanostrukturen in 3D Fabricate

The standard nanofabrication toolkit includes  techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating  metal patterns on a ...

Forschung

Ingenieurwesen

Nanomoulding of Functional Materials, a Versatile Complementary Pattern Replication Method to Nanoimprinting

We describe a nanomoulding technique which allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks and full devices. Nanomoulding combined with layer transfer enables the replication of arbitrary surface patterns from a master structure onto the functional material. Nanomoulding can be performed on any nanoimprinting setup and can be applied to a wide range of materials and deposition processes. In particular we demonstrate the fabrication of patterned transparent zinc oxide electrodes for light trapping applications in solar cells.

We describe a nanomoulding technique which allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks and full devices. Nanomoulding can be performed on any nanoimprinting setup and can be applied to a wide range of materials and deposition processes.

Nanomoulding von Functional Materials, ein vielseitiges Complementary Pattern Replication Methode zur Nanoimprinting

We describe a nanomoulding technique which  allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks  and full devices. Nanomoulding ...

A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform stress and strain rate. This can be produced by evenly loading the inner surface of a cylinder. Due to the axial symmetry, as the cylinder expands the wall is placed into a tensile hoop stress that is uniform around the circumference. While there are various techniques to generate this expansion such as explosives, electromagnetic drive, and existing gas gun techniques they are all limited in the fact that the sample cylinder must be at room temperature. We present a new method using a gas gun that facilitates experiments on cylinders from 150 K to 800 K with a consistent, repeatable loading. These highly diagnosed experiments are used to examine the effect of temperature on the fracture mechanisms responsible for failure, and their resulting influence on fragmentation statistics. The experimental geometry employs a steel ogive located inside the target cylinder, with the tip located about halfway in. A single stage light gas gun is then used to launch a polycarbonate projectile into the cylinder at 1,000 m/sec-1. The projectile impacts and flows around the rigid ogive, driving the sample cylinder from the inside. The use of a non-deforming ogive insert allows us to install temperature control hardware inside the rear of the cylinder. Liquid nitrogen (LN2) is used for cooling and a resistive high current load for heating. Multiple channels of upshifted photon Doppler velocimetry (PDV) track the expansion velocity along the cylinder enabling direct comparison to computer simulations, while High speed imaging is used to measure the strain to failure. The recovered cylinder fragments are also subject to optical and electron microscopy to ascertain the failure mechanism.

Fracture and fragmentation are late stage phenomena in dynamic loading scenarios and are typically studied using explosives. We present a technique for driving expansion using a gas gun which uniquely enables control of both loading rate and sample temperature.

Eine Methode zur Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der dynamischen Bruch und Fragmentierung

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform ...

A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping process shear forces occur which can lead to qualitative and/or quantitative product loss. To calculate the mechanical stress with limited experimental expense, an oil-water emulsion system was used, whose suitability was demonstrated for drop size detections in bioreactors1. As drop breakup of the oil-water emulsion system is a function of mechanical stress, drop sizes need to be counted over the experimental time of shear stress investigations. In previous studies, the inline endoscopy has been shown to be an accurate and reliable measurement technique for drop size detections in liquid/liquid dispersions. The aim of this protocol is to show the suitability of the inline endoscopy technique for drop size measurements in pumping processes. In order to express the drop size, the Sauter mean diameter d32 was used as the representative diameter of drops in the oil-water emulsion. The results showed low variation in the Sauter mean diameters, which were quantified by standard deviations of below 15%, indicating the reliability of the measurement technique.

Shear stress investigations on an oil-water emulsion system result in drop breakup over the experimental time. To count drop sizes in pumping processes, the suitability of inline endoscopy was successfully demonstrated in this protocol.

Eine kostengünstige und zuverlässige Methode, um mechanische Spannung in Einweg-und Standardpumpen Predict

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common procedure for collecting traces of explosives, and standardized measurements of collection efficiency are needed to evaluate and optimize sampling protocols. The approach described here is designed to provide this measurement infrastructure, and controls most of the factors known to be relevant to wipe-sampling. Three critical factors (the applied force, travel distance, and travel speed) are controlled using an automated device. Test surfaces are chosen based on similarity to the screening environment, and the wipes can be made from any material considered for use in wipe-sampling. Particle samples of the explosive 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX) are applied in a fixed location on the surface using a dry-transfer technique. The particle samples, recently developed to simulate residues made after handling explosives, are produced by inkjet printing of RDX solutions onto polytetrafluoroethylene (PTFE) substrates. Collection efficiency is measured by extracting collected explosive from the wipe, and then related to critical sampling factors and the selection of wipe material and test surface. These measurements are meant to guide the development of sampling protocols at screening venues, where speed and throughput are primary considerations.

Optimized sampling protocols and the development of new wipe materials can be facilitated by standardized measurements of collection efficiency from wipe-sampling. Our approach for sampling trace explosives uses an automated device to control speed, force, and distance during wipe-sampling followed by extraction of collected explosives.

Standardisierte Methode für Collection Efficiency Messung von Wipe-sampling of Trace Explosiven

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and forging. Adoption of this technique is proceeding despite disagreement concerning the underlying mechanism responsible for EAD. The experimental procedure described herein enables a more explicit study compared to previous EAD research by removing thermal effects, which are responsible for disagreement in interpreting previous EAD results. Furthermore, as the procedure described here enables EAD observation in situ and in real time in a transmission electron microscope (TEM), it is superior to existing post-mortem methods that observe EAD effects post-test. Test samples consist of a single crystal copper (SCC) foil having a free-standing tensile test section of nanoscale thickness, fabricated using a combination of laser and ion beam milling. The SCC is mounted to an etched silicon base that provides mechanical support and electrical isolation while serving as a heat sink. Using this geometry, even at high current density (~3,500 A/mm2), the test section experiences a negligible temperature increase (&#60;0.02 &#176;C), thus eliminating Joule heating effects. Monitoring material deformation and identifying the corresponding changes to microstructures, e.g. dislocations, are accomplished by acquiring and analyzing a series of TEM images. Our sample preparation and in situ experiment procedures are robust and versatile as they can be readily utilized to test materials with different microstructures, e.g., single and polycrystalline copper.

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Isolating electrical and thermal effects on electrically assisted deformation (EAD) is very difficult using macroscopic samples. Metallic sample micro- and nanostructures together with a custom test procedure have been developed to evaluate the impact of applied current on the formation without joule heating and evolution of dislocations on these samples.

Eine neuartige Methode für<em&gt; In Situ</em&gt; Elektromechanische Charakterisierung von nanoskaligen Proben

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional component that should have high electrical conductivity, high mechanical properties, and high productivity.
In this regard, a carbon fiber/epoxy resin composite can be an ideal material to replace the conventional graphite bipolar plate, which often leads to the catastrophic failure of the entire system because of its inherent brittleness. Though the carbon/epoxy composite has high mechanical properties and is easy to manufacture, the electrical conductivity in the through-thickness direction is poor because of the resin-rich layer that forms on its surface. Therefore, an expanded graphite coating was adopted to solve the electrical conductivity issue. However, the expanded graphite coating not only increases the manufacturing costs but also has poor mechanical properties.
In this study, a method to expose fibers on the composite surface is demonstrated. There are currently many methods that can expose fibers by surface treatment after the fabrication of the composite. This new method, however, does not require surface treatment because the fibers are exposed during the manufacture of the composite. By exposing bare carbon fibers on the surface, the electrical conductivity and mechanical strength of the composite are increased drastically.

A protocol to expose bare fibers on the composite surface by eliminating resin rich area is presented. The fibers are exposed during fabrication of the composites, not by the post surface treatment. The exposed carbon composites exhibit high electrical conductivity in the through-thickness direction and high mechanical property.

Experimentelle Umsetzung einer neuen Composite Fertigung-Methode: Verfügbarmachen nackten Fasern auf die zusammengesetzte Fläche durch die weiche Schicht-Methode

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Method for Recording Broadband High Resolution Emission Spectra of Laboratory Lightning Arcs

Lightning is one of the most common and destructive forces in nature and has long been studied using spectroscopic techniques, first with traditional camera film methods and then digital camera technology, from which several important characteristics have been derived. However, such work has always been limited due to the inherently random and non-repeatable nature of natural lightning events in the field. Recent developments in lightning test facilities now allow the reproducible generation of lightning arcs within controlled laboratory environments, providing a test bed for the development of new sensors and diagnostic techniques to understand lightning mechanisms better. One such technique is a spectroscopic system using digital camera technology capable of identifying the chemical elements with which the lightning arc interacts, with these data then being used to derive further characteristics. In this paper, the spectroscopic system is used to obtain the emission spectrum from a 100 kA peak, 100 &#181;s duration lightning arc generated across a pair of hemispherical tungsten electrodes separated by a small air gap. To maintain a spectral resolution of less than 1 nm, several individual spectra were recorded across discrete wavelength ranges, averaged, stitched, and corrected to produce a final composite spectrum in the 450 nm (blue light) to 890 nm (near infrared light) range. Characteristic peaks within the data were then compared to an established publicly available database to identify the chemical element interactions. This method is readily applicable to a variety of other light emitting events, such as fast electrical discharges, partial discharges, and sparking in electrical equipment, apparatus, and systems.

Emission spectroscopy techniques have traditionally been used to analyze inherently random lightning arcs occurring in nature. In this paper, a method developed to obtain the emission spectroscopy from reproducible lightning arcs generated within a laboratory environment is described.

Verfahren zur Aufzeichnung von Breitband-Emissionsspektren von Laborblitzen

Lightning is one of the most common and destructive forces in nature and has long been studied using spectroscopic techniques, first with traditional ...

A Fabrication and Measurement Method for a Flexible Ferroelectric Element Based on Van Der Waals Heteroepitaxy

Flexible non-volatile memories have received much attention as they are applicable for portable smart electronic device in the future, relying on high-density data storage and low-power consumption capabilities. However, the high-quality oxide based nonvolatile memory on flexible substrates is often constrained by the material characteristics and the inevitable high-temperature fabrication process. In this paper, a protocol is proposed to directly grow an epitaxial yet flexible lead zirconium titanate memory element on muscovite mica. The versatile deposition technique and measurement method enable the fabrication of flexible yet single-crystalline non-volatile memory elements necessary for the next generation of smart devices.

In this paper, we present a protocol to directly grow an epitaxial yet flexible lead zirconium titanate memory element on muscovite mica.

Eine Fertigung und Messverfahren für ein flexibles Ferroelektrischen Element basierend auf Van Der Waals Heteroepitaxy

Flexible non-volatile memories have received much attention as they are applicable for portable smart electronic device in the future, relying on ...

Scalable Quantum Integrated Circuits on Superconducting Two-Dimensional Electron Gas Platform

To form a coherent quantum transport in hybrid superconductor-semiconductor (S-Sm) junctions, the formation of a homogeneous and barrier-free interface between two different materials is necessary. The S-Sm junction with high interface transparency will then facilitate the observation of the induced hard superconducting gap, which is the key requirement to access the topological phases (TPs) and observation of exotic quasiparticles such as Majorana zero modes (MZM) in hybrid systems. A material platform that can support observation of TPs and allows the realization of complex and branched geometries is therefore highly demanding in quantum processing and computing science and technology. Here, we introduce a two-dimensional material system and study the proximity induced superconductivity in semiconducting two-dimensional electron gas (2DEG) that is the basis of a hybrid quantum integrated circuit (QIC). The 2DEG is a 30 nm thick In0.75Ga0.25As quantum well that is buried between two In0.75Al0.25As barriers in a heterostructure. Niobium (Nb) films are used as the superconducting electrodes to form Nb- In0.75Ga0.25As -Nb Josephson junctions (JJs) that are symmetric, planar and ballistic. Two different approaches were used to form the JJs and QICs. The long junctions were fabricated photolithographically, but e-beam lithography was used for short junctions&#8217; fabrication. The coherent quantum transport measurements as a function of temperature in the presence/absence of magnetic field B are discussed. In both device fabrication approaches, the proximity induced superconducting properties were observed in the In0.75Ga0.25As 2DEG. It was found that e-beam lithographically patterned JJs of shorter lengths result in observation of induced superconducting gap at much higher temperature ranges. The results that are reproducible and clean suggesting that the hybrid 2D JJs and QICs based on In0.75Ga0.25As quantum wells could be a promising material platform to realize the real complex and scalable electronic and photonic quantum circuitry and devices.

Quantum integrated circuits (QICs) consisting of array of planar and ballistic Josephson junctions (JJs) based on In0.75Ga0.25As two-dimensional electron gas (2DEG) is demonstrated. Two different methods for fabrication of the two-dimensional (2D) JJs and QICs are discussed followed by the demonstration of quantum transport measurements in sub-Kelvin temperatures.

Skalierbare Quantum Integrated Circuits auf supraleitender zweidimensionaler Elektronengasplattform

To form a coherent quantum transport in hybrid superconductor-semiconductor (S-Sm) junctions, the formation of a homogeneous and barrier-free interface ...