Dispositivo MoS2 FET antes y después del nanopatrón de grabado inducido por haz de electrones enfocado por pulsos (FEBIE pulsado), con un canal de conducción a medida. Crédito:Fernando J. Urbanos
La fabricación de dispositivos electrónicos a partir de materiales 2-D exfoliados puede ser complicada. El grupo de Daniel Granados de IMDEA Nanociencia ha diseñado una solución que consiste en la adaptación posterior a la fabricación de MoS 2 -Transistores FET que utilizan grabado inducido por haz de electrones enfocado en pulsos.
Los dicalcogenuros de metales de transición son 2-D, capas atómicamente delgadas unidas por fuerzas de Van der Waals. Estos materiales exhiben variaciones dependientes del espesor en sus propiedades físicas que pueden explotarse en distintas aplicaciones optoelectrónicas. Por ejemplo, la estructura de la banda del bisulfuro de molibdeno (MoS 2 ) tiene una banda prohibida directa de 1.8 eV en una sola capa que se estrecha con un espesor de banda prohibida indirecta de 1.2 eV a granel.
Las capas atómicamente delgadas de MoS 2 puede separarse mediante exfoliación micromecánica, no obstante, la fabricación de dispositivos optoelectrónicos a partir de MoS exfoliado mecánicamente 2 es un proceso complejo. La geometría del dispositivo está limitada en todos los casos por la forma de la escama exfoliada, incluso cuando se emplea un método de estampación determinista. Incluso cuando se utilizan técnicas de CVD (deposición química de vapor), la fabricación del dispositivo se ve obstaculizada por el material que crece en islas con tamaños reducidos y diferentes propiedades físicas.
Por lo tanto, Es de gran interés desarrollar técnicas para adaptar la geometría del dispositivo después de completar los pasos de fabricación. El grupo del Prof.Daniel Granados de IMDEA Nanociencia ha llegado a una solución inteligente modificando la geometría de varios transistores de efecto de campo (FET) fabricados con MoS exfoliado 2 . El método propuesto utiliza una variación del grabado inducido por haz de electrones enfocado (FEBIE) con un haz de electrones pulsado. El rayo escanea la superficie en una geometría diseñada empleando un generador de patrones, modificando el canal de conducción entre la fuente y el drenaje del transistor y permitiendo un funcionamiento del dispositivo a medida.
Al profesor Granados le gusta usar la analogía hidrodinámica:"Es como un flujo turbulento, después de atravesar ciertas aberturas se vuelve laminar; Nuestros canales de conducción personalizados permiten que los electrones pasen por áreas del MoS 2 copos con propiedades idénticas ".
El efecto de este método se ha estudiado más a fondo para verificar el rendimiento de los dispositivos modificados. El grupo de Granados ha descubierto que el 90 por ciento de los dispositivos funcionan después del nanopatrón. Más lejos, estudiaron el cambio que se produce desde el dopaje claro fuertemente tipo N hacia el tipo intrínseco o levemente P, y atribuyó este cambio a las vacantes de azufre creadas al grabar. El cambio de dopaje fue confirmado por fotoluminiscencia y estudios de espectroscopía Raman.
Este método presenta varias ventajas en comparación con los que utilizan varios pasos de fabricación. Primero, combina el modelado y el grabado en un solo paso en lugar de tener un proceso de nanofabricación de dos pasos. Segundo, permite la caracterización electrónica y óptica antes y después del paso de adaptación en un esquema simple. Último, el FEBIE pulsado es un método químico con una energía de haz de electrones menor que otros estudios (2,5 kV), que reduce el daño de la muestra y evita la distorsión del MoS 2 enrejado. Debido a estas ventajas, las nanotijeras propuestas por Granados et al. son una alternativa notable a las costosas y laboriosas técnicas de nanofabricación, y tienen un gran potencial para la adaptación posterior a la fabricación de las propiedades eléctricas y geométricas de dispositivos electrónicos y optoelectrónicos.
