DE102020104284A1 - Verfahren zum direkten strukturierten erzeugen einer atomaren schicht von metalldichalcogeniden mit vordefinierter breite - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Erzeugen von Mustern einer atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines Substrats, das Bereitstellen von ausgerichteten Mustern aus Kohlenstoff-Nanostrukturen auf dem Substrat, das Bereitstellen eines ersten Metallabschnitts in Kontakt mit einem ersten Abschnitt der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und eines zweiten Metallabschnitts in Kontakt mit einem zweiten Abschnitt der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen, das Abscheiden einer Salzschicht auf dem Substrat und den Mustern aus Kohlenstoff-Nanostrukturen, Widerstandsheizen der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen, um die Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und darauf abgeschiedenem Salz vom Substrat zu entfernen, umfasst, wobei das Entfernen der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und darauf abgeschiedenem Salz vom Substrat Salzmuster auf dem Substrat bereitstellt und eine atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden auf den Salzmustern wächst, wobei die atomare Schicht von Metalldichalcogeniden in ausgerichteten Mustern mit jeweils einer vordefinierten Breite bereitgestellt wird. Außerdem werden Muster einer atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden offenbart, die gemäß dem Verfahren der Offenbarung hergestellt wurden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Verfahren zum Erzeugen von Mustern einer atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden.
  • HINTERGRUND
  • Angesichts des Moore'schen Gesetzes (d. h. dass sich die Anzahl der Transistoren in einem dichten integrierten Schaltkreis etwa alle zwei Jahre verdoppelt) ist es unerlässlich, die Elektronik weiter zu skalieren, um den laufenden Bedarf zu decken. Die üblicherweise genutzten Lithografieprozesse sind jedoch durch Probleme bei der Maskenauflösung (im Allgemeinen etwa 10-15 nm) und/oder der erforderlichen Nachsyntheseverarbeitung (z. B. Beschichtungen mit verschiedenen Substanzen und Übertragung auf andere Substrate) begrenzt, was unweigerlich zur Kontamination von Monolagen und deren intrinsischen Eigenschaften führt.
  • In jüngster Zeit waren atomare Schichten von Metalldichalcogeniden aufgrund ihrer vielversprechenden optoelektronischen und katalytischen Eigenschaften Gegenstand intensiver Untersuchungen, insbesondere im Zusammenhang mit Schaltungen der neuen Generation. Allerdings gibt es derzeit kein zuverlässiges Verfahren zur Herstellung von einschichtigen Bändern mit Breiten im niedrigen Nanobereich, die für die aktuellen Anforderungen wünschenswert sein könnten.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen von Mustern einer atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden, insbesondere Übergangsmetall-Dichalcogeniden, mit einer vordefinierten Breite, insbesondere einer Breite von weniger als fünf Nanometern. Das Verfahren kann die Schritte des Bereitstellen eines Substrats; Bereitstellen ausgerichteter Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen auf dem Substrat; des Bereitstellens eines Metalls in Kontakt mit mindestens zwei getrennten Abschnitten der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen; Abscheiden einer Salzschicht auf dem Substrat und den Mustern der Kohlenstoff-Nanostrukturen; des Widerstandsheizens der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen, um die Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und das darauf abgeschiedene Salz zu entfernen, wobei das Entfernen der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und des darauf abgeschiedenen Salzes Salzmuster liefert, die der verbleibenden Salzschicht entsprechen; und des Erzeugens einer atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden auf den Salzmustern umfassen, wobei die atomare Schicht von Dichalcogeniden in ausgerichteten Mustern mit einer vordefinierten Breite bereitgestellt wird. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf die Muster von Metalldichalcogeniden, die durch das hierin beschriebene Verfahren bereitgestellt werden, sowie auf die Verfahren zu deren Verwendung.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein beispielhaftes Substrat, auf dem gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ausgerichtete Streifen von Kohlenstoff-Nanostrukturen abgeschieden sind.
    • 2 ein Beispiel für ein Metall, das in Kontakt mit mindestens zwei getrennten Abschnitten von Mustern von Kohlenstoff-Nanostrukturen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt wird.
    • 3 zeigt ein Beispiel für eine auf einem Substrat abgeschiedene Salzschicht und Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
    • 4 zeigt ein elektrisches Netzwerk, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
    • 5 zeigt ein Substrat mit Mustern aus einem Substratmaterial und Mustern einer atomaren Schicht aus Metalldichalcogeniden, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
    • 6A zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen von ausgerichteten Mustern von Kohlenstoff-Nanostrukturen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
    • 6B zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen von ausgerichteten Mustern von Kohlenstoff-Nanostrukturen gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen von Mustern einer atomaren Schicht aus Metalldichalcogeniden, insbesondere Übergangsmetall-Dichalcogeniden, mit einer vordefinierten Breite, insbesondere einer Breite von weniger als fünf Nanometern. Das Verfahren kann die Schritte des Bereitstellen eines Substrats; des Bereitstellens ausgerichteter Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen auf dem Substrat; des Bereitstellens eines Metalls in Kontakt mit mindestens zwei getrennten Abschnitten der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen; des Abscheidens einer Salzschicht auf dem Substrat und den Mustern der Kohlenstoff-Nanostrukturen; des Widerstandsheizens der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen, um die Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und das darauf abgeschiedene Salz zu entfernen, wobei das Entfernen der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und des darauf abgeschiedenen Salzes Salzmuster liefert, die der verbleibenden Salzschicht entsprechen; und des Erzeugens einer atomaren Schicht aus Metalldichalcogeniden auf den Salzmustern umfassen, wobei die atomare Schicht aus Metalldichalcogeniden in ausgerichteten Mustern mit einer vordefinierten Breite bereitgestellt wird. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf die Muster von Metalldichalcogeniden, die durch das hierin beschriebene Verfahren bereitgestellt werden, sowie auf die Verfahren zu deren Verwendung.
  • Das Verfahren kann das Bereitstellen eines Substrats umfassen. Gemäß einigen Aspekten kann das Substrat jedes inerte Material sein, das sich für die Verwendung gemäß den hierin beschriebenen Verfahren eignet. Beispiele für Substrate, die gemäß der vorliegenden Offenbarung nützlich sind, sind unter anderem Substrate, die SiO2, Si, c-Saphir, Fluorophlogopit-Glimmer, SrTiO3, h-BN oder Kombinationen davon umfassen oder daraus bestehen. Es versteht sich, dass, wenn ein SiO2-Substrat hierin als beispielhaftes Substrat beschrieben wird, jedes geeignete Substrat zusätzlich oder anstelle desselben verwendet werden kann.
  • Das Verfahren kann das Bereitstellen ausgerichteter Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen auf dem Substrat umfassen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Muster“ auf eine konfigurierte Form eines Materials. Gemäß einigen Aspekten können die ausgerichteten Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen ausgerichtete „Streifen“ von Kohlenstoff-Nanostrukturen umfassen, die hierin alternativ als „Bänder“ bezeichnet werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „ausgerichtet“ auf eine Ausrichtung, bei der zwei oder mehr Muster so ausgerichtet sind, dass sie einen annähernd konstanten Abstand zwischen ihnen bilden. 1 zeigt beispielsweise ein Substrat 11, wie ein SiO2-Substrat, auf dem ausgerichtete Streifen von Kohlenstoff-Nanostrukturen 12 abgeschieden sind. Gemäß einigen Aspekten können die ausgerichteten Streifen der Kohlenstoff-Nanostrukturen 12 so angeordnet werden, dass sie sich von etwa einem ersten Ende 16 des Substrats 11 bis zu etwa einem zweiten Ende 17 des Substrats 11 erstrecken. Wie in 1 gezeigt, ist ein erster Streifen 121 der ausgerichteten Streifen der Kohlenstoff-Nanostrukturen 12 mit einem zweiten Streifen 122 der ausgerichteten Streifen so ausgerichtet, dass ein Abstand 15 zwischen dem ersten Streifen 121 und dem zweiten Streifen 122 über die Länge 13 des Substrats annähernd konstant ist. Gemäß einigen Aspekten können die Muster horizontal ausgerichtet sein. Es versteht sich, dass der Begriff „horizontal“ im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung und insbesondere im Zusammenhang mit 1 lediglich die Länge 13 des Substrats bezeichnet, d. h. die Abmessung, die größer als die Breite 14 des Substrats ist. Die Begriffe „horizontal“, „vertikal“, „Länge“ und „Breite“ sollten jedoch nicht unbedingt die Ausrichtung der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und/oder des Substrats im Raum begrenzen. Es versteht sich außerdem, dass, während die Figuren hierin ein beispielhaftes Substrat zeigen, das eine rechteckige Form mit einer Länge 13 aufweist, die größer als die Breite 14 ist, das Substrat jede Form aufweisen kann, die für die Verwendung mit den hierin beschriebenen Verfahren akzeptabel ist, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, eine polygonale Form (dreieckig, quadratisch, fünfeckig, sechseckig usw.), eine elliptische Form (kreisförmig, ovalförmig usw.) und Kombinationen davon.
  • Im vorliegenden Zusammenhang bezieht sich der Begriff „Nanostruktur“ auf eine Struktur, die mindestens eine Abmessung auf der Nanoskala aufweist, bei der es sich um mindestens eine Abmessung zwischen etwa 0,1 und 100 nm handelt. Es versteht sich, dass „Nanostrukturen“ Nanoplättchen, Nanoröhren, Nanopartikel (z. B. polyedrische Nanopartikel), Nanosphären, Nanodrähte, Nanowürfel und Kombinationen davon einschließen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Ein Nanoplättchen kann ein Plättchen mit einer Dicke auf der Nanoskala umfassen. Ein Nanoröhrchen kann ein Röhrchen mit einem Durchmesser auf der Nanoskala umfassen. Ein Nanopartikel kann einen Partikel umfassen, bei dem jede räumliche Abmessung davon auf der Nanoskala liegt. Gemäß einigen Aspekten können die Kohlenstoff-Nanostrukturen Kupfer-Nanoröhren umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf einwandige Nanoröhren (SWNTs), mehrwandige Nanoröhren (MWNTs) und Kombinationen davon. Die SWNTs und/oder MWNTs können einen Durchmesser aufweisen, der zwischen etwa 0,1 und 100 nm, optional zwischen etwa 0,1 und 50 nm, optional zwischen etwa 0,1 und 25 nm, optional zwischen etwa 0,1 und 10 nm, optional zwischen etwa 0,1 und 5 nm und optional etwa 1 nm liegt. Es versteht sich, dass ausgerichtete Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen auf dem Substrat durch jedes im Stand der Technik bekannte Mittel, das mit der vorliegenden Offenbarung kompatibel ist, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, chemische Dampfabscheidung (CVD), bereitgestellt werden können. Zum Beispiel können die ausgerichteten Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen auf dem Substrat bereitgestellt werden, indem eine kolloidale Dispersion von Katalysatorpartikeln auf dem Substrat bereitgestellt wird und darauf Kohlenstoff-Nanostrukturen durch CVD erzeugt werden und/oder indem eine kolloidale Dispersion von Katalysatorvorläuferpartikeln auf dem Substrat bereitgestellt wird, die Katalysatorvorläuferpartikel erhitzt werden, um Katalysatorpartikel zu bilden, und darauf Kohlenstoff-Nanostrukturen durch CVD erzeugt werden.
  • 6A zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen von ausgerichteten Mustern von Kohlenstoff-Nanostrukturen, wie hierin beschrieben. Insbesondere zeigt 6A ein Substrat 61, das in der Nähe eines ersten Endes 63 Katalysatorpartikel 62 aufweist. In diesem Beispiel kann ein Kohlenstoffquellengas bereitgestellt werden, optional mit einem Trägergas wie einem Inertgas. Die Kohlenstoffquelle und/oder das Inertgas können mit einer ausreichenden Strömungsgeschwindigkeit bereitgestellt werden, sodass das Erzeugen der Kohlenstoff-Nanostrukturen 64 in einer ausgewählten Richtung, z. B. in Richtung eines zweiten Endes 65 des Substrats 61, erfolgt. Beispiele für ausreichende Strömungsgeschwindigkeiten sind unter anderem mindestens 1000 sccm, optional mindestens 2000 sccm und optional mindestens 3000 scm. Auf diese Weise können ausgerichtete Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen 64 bereitgestellt werden, wobei sich die Muster von einem ersten Ende 63 des Substrats 61 zu einem zweiten Ende 65 des Substrats 61 erstrecken. Es versteht sich, dass auf jedem Katalysatorpartikel 62 eine Nanostruktur erzeugt werden kann. Alternativ können auf jedem Katalysatorpartikel 62 zwei oder mehr Nanostrukturen erzeugt werden.
  • 6B zeigt ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen von ausgerichteten Mustern von Kohlenstoff-Nanostrukturen, wie hierin beschrieben. Ähnlich wie das in 6A gezeigte Beispiel kann das in 6B gezeigte Beispiel die Bereitstellung eines Katalysators 66 in der Nähe eines ersten Endes 63 eines Substrats 61 umfassen. Wie in 6B gezeigt, kann der Katalysator 66 einen Dünnfilmstreifen eines Katalysatormaterials umfassen, z. B. einen Film mit einer Dicke zwischen etwa 5 und 20 nm. Der Dünnfilmstreifen des Katalysatormaterials 66 kann dann einer thermischen Behandlung in einer inerten Umgebung unterzogen werden, um diskrete Katalysatorpartikel 62 zu erhalten, ähnlich wie die in 6A gezeigten Katalysatorpartikel 62. Das Verfahren kann dann wie unter Bezugnahme auf 6A beschrieben fortgesetzt werden, d. h. es kann ein Kohlenstoffquellengas und optional ein Trägergas mit einer ausreichenden Strömungsgeschwindigkeit bereitgestellt werden, sodass das Erzeugen der Kohlenstoff-Nanostrukturen 64 in einer ausgewählten Richtung, z. B. in Richtung eines zweiten Endes 65 des Substrats, erfolgt.
  • Gemäß einigen Aspekten kann eine Maske verwendet werden, um den Dünnfilmstreifen des Katalysatormaterials auf dem Substrat wie hierin beschrieben bereitzustellen. In diesem Beispiel kann die Maske entfernt und der Dünnfilmstreifen des Katalysatormaterials einer thermischen Behandlung unterzogen werden, wie hierin beschrieben, um Katalysatorpartikel zu erhalten. Zusätzlich oder alternativ kann ein Lithografieprozess verwendet werden, um den Dünnfilmstreifen aus Katalysatormaterial und/oder die Katalysatorpartikel auf dem Substrat bereitzustellen.
  • Beispiele für Kohlenstoffquellen, die gemäß der vorliegenden Offenbarung nützlich sind, sind unter anderem ein Kohlenwasserstoff, ein Alkohol, ein Ester, ein Keton, ein Aromat, ein Aldehyd und eine Kombination davon. Die Kohlenstoffquelle kann zum Beispiel ausgewählt werden aus Xylol, Propan, Butan, Buten, Ethylen, Ethanol, Kohlenmonoxid, Butadien, Pentan, Penten, Methan, Ethan, Acetylen, Kohlendioxid, Naphthalin, Hexan, Cyclohexan, Benzol, Methanol, Propanol, Propylen, kommerziellen Brenngasen (wie Flüssiggas, Erdgas und dergleichen) und Kombinationen davon.
  • Beispiele von Inertgasen, die gemäß dieser Offenbarung nützlich sind, sind unter anderem Gase, die Helium (He), Radon (Rd), Neon (Ne), Argon (Ar), Xenon (Xe), Stickstoff (N) und Kombinationen davon umfassen.
  • Bei dem hierin beschriebenen Katalysatormaterial kann es sich um jeden in der Technik bekannten Katalysator handeln, der mit der Verwendung gemäß der vorliegenden Offenbarung kompatibel ist, einschließlich Materialien, die Fe, Ni, Co, Mo, Cu, Pt, Pd, Ru, Au, Ag, W und deren Legierungen enthalten.
  • Das Verfahren kann das Bereitstellen eines Metalls in Kontakt mit mindestens zwei getrennten Abschnitten der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen umfassen. Gemäß einigen Aspekten kann das Metall mit einer Maske (z. B. einer Maske, die nur die mindestens zwei getrennten Abschnitte der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen freilegt) und/oder einem Lithografieprozess bereitgestellt werden. Das Metall kann gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Metall umfassen, das in der Lage ist, ein elektrisches Netzwerk mit mindestens einer Spannungsquelle und den hierin beschriebenen Kohlenstoff-Nanostrukturen zu bilden. Beispiele für Metalle, die gemäß dieser Offenbarung nützlich sind, schließen unter anderem Nickel (Ni), Titan (Ti), Kupfer (Cu), Gold (Au) und Kombinationen davon ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
  • 2 zeigt ein Beispiel eines Metalls, das in Kontakt mit mindestens zwei getrennten Abschnitten der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen bereitgestellt wird. Insbesondere zeigt 2 ein Substrat 11 mit darauf abgeschiedenen, ausgerichteten Streifen von Kohlenstoff-Nanostrukturen 12, wie sie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind. 2 zeigt ferner einen ersten Metallabschnitt 21 und einen zweiten Metallabschnitt 22, die voneinander getrennt sind. Wie in 2 gezeigt, stehen sowohl der erste Metallabschnitt 21 als auch der zweite Metallabschnitt 22 in Kontakt mit den ausgerichteten Streifen der Kohlenstoff-Nanostrukturen 12, z. B. an oder nahe dem ersten Ende 16 bzw. dem zweiten Ende 17 des Substrats 11. Es versteht sich, dass der erste Metallabschnitt 21 und der zweite Metallabschnitt 22 gleiche oder unterschiedliche Metalle umfassen können, solange sie beide mindestens ein Metall wie hierin beschrieben umfassen. Ein oder beide des ersten Metallabschnitts 21 und des zweiten Metallabschnitts 22 können ferner mit einer Verdrahtung 23 versehen sein, die in der Lage ist, ein elektrisches Netzwerk mit einer Spannungsquelle, den Metallabschnitten und den Kohlenstoff-Nanostrukturen, wie hierin beschrieben, zu bilden. Die Verdrahtung kann ein Metall, wie hierin beschrieben, umfassen, das dem/den Metall(en) entsprechen oder davon abweichen kann, das/die den ersten Metallabschnitt 21 und/oder den zweiten Metallabschnitt 22 umfasst/umfassen.
  • Das Verfahren kann das Abscheiden eines Salzes auf dem Substrat und den Mustern der Kohlenstoff-Nanostrukturen umfassen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Salz“ auf eine elektrisch neutrale ionische Verbindung mit Kation(en) und Anion(en). Beispiele für die Nützlichkeit von Salzen gemäß der vorliegenden Offenbarung schließen unter anderem Natrium- und Kaliumsalze, wie NaBr, NaCl, KBr, KCl und Kombinationen davon ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Es versteht sich, dass, wenn NaBr hierin als beispielhaftes Salz verwendet wird, jedes geeignete Salz zusätzlich oder anstelle desselben verwendet werden kann.
  • 3 zeigt ein Beispiel einer Salzschicht, die auf dem Substrat und den Mustern der Kohlenstoff-Nanostrukturen abgeschieden wurde. Insbesondere zeigt 3 ein Substrat 11 mit darauf abgeschiedenen, ausgerichteten Streifen von Kohlenstoff-Nanostrukturen 12, wie sie unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben sind. 3 zeigt ferner eine Salzschicht 31, die einen Abschnitt des Substrats bedeckt, und die Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen 12. Gemäß einigen Aspekten kann die Salzschicht mindestens etwa 50 % der Oberfläche des Substrats 11 und/oder die Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen 12 bedecken, optional mindestens etwa 60 %, optional mindestens etwa 70 %, optional mindestens etwa 80 %, optional mindestens etwa 90 % und optional mindestens etwa 100 %. Es versteht sich, dass die Salzschicht auf dem Substrat und/oder den Mustern aus Kohlenstoff-Nanostrukturen mit jedem in der Technik bekannten Mittel, das mit der vorliegenden Offenbarung vereinbar ist, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die thermische Abscheidung, aufgebracht wird.
  • Das Verfahren kann ein Widerstandsheizen der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen umfassen, um die Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und den Abschnitt der darauf abgeschiedenen Salzschicht zu entfernen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Widerstandsheizen“ auf einen Prozess, bei dem der Durchgang eines elektrischen Stroms durch einen Leiter Wärme erzeugt. Gemäß einigen Aspekten kann das Widerstandsheizen durch das Bilden eines elektrischen Netzwerks erfolgen, das eine oder mehrere der hierin beschriebenen Komponenten umfasst. 4 zeigt zum Beispiel ein elektrisches Netzwerk, das aus einer Spannungsquelle 41, den Metallabschnitten 21 und 22, der Verdrahtung 23 und den Kohlenstoff-Nanostrukturen (nicht in 4 gezeigt) besteht, wie hierin beschrieben. Wenn ein elektrischer Strom durch das elektrische Netzwerk fließt, kann Wärme erzeugt werden, die die Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und das darauf abgeschiedene Salz (z. B. die Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen 12 und den Abschnitt der darauf abgeschiedenen Salzschicht 31, wie in 3 gezeigt) entfernen kann, z. B. durch Ätzen einiger oder aller Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Ätzen“ auf den Prozess des Korrodieren eines Materials. Das Ätzen von Kohlenstoff-Nanostrukturen kann zum Beispiel die Oxidation der Kohlenstoff-Nanostrukturen durch Widerstandsheizen in Anwesenheit von Sauerstoff umfassen, was zu einer Korrosion der Kohlenstoff-Nanostrukturen führt. In einem anderen Beispiel kann das Ätzen von Kohlenstoff-Nanostrukturen die Zersetzung und/oder Verdampfung der Kohlenstoff-Nanostrukturen in einem Vakuum oder einer inerten Atmosphäre umfassen. Gemäß einigen Aspekten kann das Verfahren das Widerstandsheizen der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen umfassen, sodass eine vollständige Ätzung der Kohlenstoff-Nanostrukturen erreicht wird, d. h. dass mindestens etwa 90 % der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen entfernt werden, optional mindestens etwa 95 % und optional mindestens etwa 100 %.
  • Wie in 4 gezeigt, können durch Widerstandsheizen etwa alle Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und das darauf abgeschiedene Salz (z. B. die Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen 12 und der Abschnitt der darauf abgeschiedenen Salzschicht 31, wie in 3 gezeigt) entfernt werden. Als Ergebnis können Muster des Substratmaterials 42 sichtbar werden. Es versteht sich, dass die Muster des Substratmaterials 42 den Mustern der Kohlenstoff-Nanostrukturen entsprechen, die beim Widerstandsheizen entfernt wurden. Wie in 4 gezeigt, kann das Substrat 11 auch Muster des Salzes 43 darauf umfassen. Es versteht sich, dass die Muster des Salzes 43 der verbleibenden Salzschicht 31 entsprechen, wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, d. h. dem Abschnitt der Salzschicht 31, der während des Widerstandsheizens nicht entfernt wurde. Die Muster des Salzes können somit den Mustern der Kohlenstoff-Nanostrukturen 12 entsprechen, die beim Widerstandsheizen entfernt wurden, und können insbesondere dem Bereich des Substrats 11 entsprechen, der in früheren Schritten des Verfahrens nicht von den Mustern der Kohlenstoff-Nanostrukturen 12 bedeckt war.
  • Es versteht sich, dass in dem Fall, in dem die Muster der Kohlenstoff-Nanostrukturen 12 Streifen umfassen, die Muster des Salzes 43 Streifen mit einer Breite umfassen, die dem Abstand zwischen den Mustern von Kohlenstoff-Nanostrukturen 12 entsprechen. 4 zeigt zum Beispiel einen Streifen aus Salz 45 mit einer Breite 44. Diese Breite kann dem Abstand 15 zwischen dem ersten Streifen 121 und dem zweiten Streifen 122 in 1 entsprechen. Wie in 4 gezeigt, können die Muster des Salzes 43 daher ausgerichtete „Streifen“, wie hierin beschrieben, umfassen, wobei jeder Streifen eine vorbestimmte Breite aufweist. Gemäß einigen Aspekten kann die Breite jedes Salzstreifens nicht mehr als etwa 50 nm, optional nicht mehr als etwa 25 nm, optional nicht mehr als etwa 10 nm, optional nicht mehr als etwa 7 nm, optional nicht mehr als etwa 5 nm und optional nicht mehr als etwa 1 nm betragen.
  • Das Verfahren kann ferner das Erzeugen einer atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden auf den Mustern des Salzes umfassen. Beispiele für Metalldichalcogenide, die gemäß der vorliegenden Offenbarung nützlich sind, schließen unter anderem Molybdändisulfid (MoS2), Molybdändiselenid (MoSe2), Wolframdisulfid (WS2) und Kombinationen davon ein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die atomare Schicht von Metalldichalcogeniden kann auf den Mustern des Salzes mit allen in der Technik bekannten Mitteln, die mit der vorliegenden Offenbarung kompatibel sind, erzeugt werden. Zum Beispiel kann die atomare Schicht aus Metalldichalcogeniden auf den Salzmustern durch thermische Co-Abscheidung eines Metalloxids und eines Chalcogens auf den Salzmustern erzeugt werden. Wenn das Metalldichalcogenid zum Beispiel MoS2 umfasst, kann Molybdändioxid (MoO2) zusammen mit Schwefel (S) auf den Salzmustern thermisch abgeschieden werden. Das Metalldichalcogenid kann WS2 und/oder MoSe2 umfassen, indem Wolframdioxid (WO2) und/oder Wolframtrioxid (WO3) als Metalloxid, wie hierin beschrieben, und/oder Selen (Se) als Chalcogen, wie hierin beschrieben, verwendet wird.
  • Gemäß einigen Aspekten kann die atomare Schicht von Metalldichalcogeniden auf den Mustern des Salzes gemäß den in der am 12. Dezember 2018 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 16/217.845 beschriebenen Verfahren erzeugt werden, deren Offenbarung hierin durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird. Es versteht sich, dass die US-Patentanmeldung Nr. 16/217,845 weitere beispielhafte Materialien offenbart, die verwendet werden können, um zumindest einen Abschnitt der hierin beschriebenen atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden bereitzustellen.
  • Es versteht sich, dass die Muster der atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden mit den Salzmustern, auf denen sie erzeugt werden, übereinstimmen. Zum Beispiel zeigt 5 das Substrat 11 wie in 4 gezeigt, d. h. das Substrat 11 weist Muster des Substratmaterials 42 auf, die sich während des Widerstandsheizens zeigen. 5 zeigt auch Muster einer atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden 51, die auf den Mustern des Salzes (nicht gezeigt) erzeugt wurden. Die Muster der atomaren Schicht aus Metalldichalcogeniden 51 können mit den Mustern des Salzes 43, wie in 4 gezeigt, übereinstimmen und insbesondere ausgerichtete „Streifen“, wie hierin beschrieben, umfassen, wobei jeder Streifen eine vorbestimmte Breite aufweist. Gemäß einigen Aspekten kann die Breite jedes Streifens nicht mehr als etwa 50 nm, optional nicht mehr als etwa 25 nm, optional nicht mehr als etwa 10 nm, optional nicht mehr als etwa 7 nm, optional nicht mehr als etwa 5 nm und optional nicht mehr als etwa 1 nm betragen.
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf Muster einer atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden mit einer vordefinierten Breite, wie hierin beschrieben. Insbesondere können die Muster einer atomaren Schicht aus Metalldichalcogeniden Bänder aus MoS2, MoSe2, WS2 oder einer Kombination davon umfassen, wobei jedes Band eine Breite von nicht mehr als etwa 50 nm, wahlweise nicht mehr als etwa 25 nm, wahlweise nicht mehr als etwa 10 nm, wahlweise nicht mehr als etwa 7 nm, wahlweise nicht mehr als etwa 5 nm und wahlweise nicht mehr als etwa 1 nm aufweist. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf Schaltungen, die die hierin beschriebenen Muster der atomarer Schicht von Metalldichalcogeniden umfassen.
  • Wie hierin verwendet, ist der Begriff „etwa“ so definiert, dass er in etwa dem Verständnis eines Durchschnittsfachmanns entspricht. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der Begriff „etwa“ so definiert, dass er innerhalb von 10 %, vorzugsweise innerhalb von 5 %, besser innerhalb von 1 % und optimalerweise innerhalb von 0,5 % liegt.
  • Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich der bevorzugten Ausführungsformen, und auch, um einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung anzuwenden, einschließlich der Fertigung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und der Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren. Der patentierbare Geltungsbereich der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele einschließen, die für einen Fachmann ersichtlich sind. Solche weiteren Beispiele sollen in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden zur wörtlichen Sprache der Ansprüche beinhalten. Aspekte aus den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen sowie andere bekannte Äquivalente für jeden dieser Aspekte können gemischt und von einem Durchschnittsfachmann zusammengeführt werden, um zusätzliche Ausführungsformen und Techniken gemäß den Grundsätzen dieser Anwendung zu konstruieren.
  • Wenngleich die hierin beschriebenen Aspekte in Verbindung mit den oben dargelegten beispielhaften Aspekten beschrieben wurden, dürften für den Durchschnittsfachmann verschiedene Alternativen, Modifikationen, Variationen, Verbesserungen und/oder wesentliche Äquivalente, unabhängig davon, ob sie bekannt oder derzeit nicht vorherzusehen sind, auf der Hand liegen. Dementsprechend sollen die beispielhaften Aspekte, wie oben ausgeführt, veranschaulichend und nicht einschränkend sein. Verschiedene Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Daher soll die Offenbarung alle bekannten oder später entwickelten Alternativen, Modifikationen, Variationen, Verbesserungen und/oder wesentlichen Äquivalente abdecken.
  • Der Verweis auf ein Element in der Einzahl soll nicht „ein und nur ein“ bedeuten, es sei denn, es wird ausdrücklich angegeben, sondern „ein oder mehrere.“ Alle strukturellen und funktionalen Äquivalente zu den Elementen der verschiedenen Aspekte, die in dieser Offenbarung beschrieben sind, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind oder später bekannt werden, werden hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme aufgenommen. Außerdem ist nichts, was hierin offenbart wird, für die Öffentlichkeit bestimmt.
  • Ferner bedeutet das Wort „Beispiel“ im vorliegenden Zusammenhang „als Beispiel, Fall oder Veranschaulichung dienend.“ Jeder hier als „Beispiel“ beschriebene Aspekt ist nicht notwendigerweise als gegenüber anderen Aspekten bevorzugt oder vorteilhaft auszulegen. Sofern nicht explizit anders angegeben, bezieht sich der Begriff „einige“ auf ein oder mehrere. Kombinationen wie „mindestens eines von A, B oder C“, „mindestens eines von A, B und C“ und „A, B, C oder eine beliebige Kombination davon“ schließen sämtliche Kombinationen von A, B und/oder C ein und können Vielfache von A, Vielfache von B oder Vielzahl von C einschließen. Insbesondere können Kombinationen wie „mindestens eines von A, B oder C“, „mindestens eines von A, B und C“ und „A, B, C oder eine beliebige Kombination davon“ nur A, nur B, nur C, A und B, A und C, B und C oder A und B und C sein, wobei sämtliche dieser Kombinationen ein Element oder mehrere Elemente von A, B oder C enthalten können.
  • Außerdem sind alle Bezugnahmen in dieser gesamten Anmeldung, beispielsweise Patentdokumente einschließlich ausgegebener oder erteilter Patente oder Äquivalente; Patentanmeldungsveröffentlichungen; und nicht zur Patentliteratur gehörende Dokumente oder anderes Quellenmaterial; hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin eingeschlossen, als ob sie einzeln durch Bezugnahme eingeschlossen wären.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 16/217845 [0023]

Claims (24)

  1. Verfahren zum Erzeugen von Mustern einer atomaren Schicht aus Metalldichalcogeniden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Substrats; Bereitstellen ausgerichteter Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen auf dem Substrat; Bereitstellen eines ersten Metallabschnitts in Kontakt mit einem ersten Abschnitt der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und eines zweiten Metallabschnitts in Kontakt mit einem zweiten Abschnitt der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen; Abscheiden einer Salzschicht auf dem Substrat und den Mustern der Kohlenstoff-Nanostrukturen; Widerstandsheizen der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen, um die Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und darauf abgelagertem Salz vom Substrat zu entfernen, wobei das Entfernen der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und darauf abgelagertem Salz vom Substrat Salzmuster auf dem Substrat bereitstellt; und Erzeugen einer atomaren Schicht aus Metalldichalcogeniden auf den Salzmustern wobei die atomare Schicht aus Metalldichalcogeniden in ausgerichteten Mustern vorgesehen ist, die jeweils eine vordefinierte Breite aufweisen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat SiO2 umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen Streifen von Kohlenstoff-Nanostrukturen umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kohlenstoff-Nanostrukturen Kohlenstoff-Nanoröhren umfassen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Metallabschnitt und/oder der zweite Metallabschnitt ein Metall umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ti, Cu, Au und Kombinationen davon.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Salzschicht NaBr umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen durch Widerstandsheizen erhitzt werden, um die Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und darauf abgeschiedenem Salz vom Substrat zu entfernen, umfassend: Bereitstellen eines elektrischen Netzwerks, das aus einer Spannungsquelle, dem ersten Metallabschnitt, dem zweiten Metallabschnitt, einer Metallverdrahtung und den Mustern von Kohlenstoff-Nanostrukturen gebildet wird; und Fließen eines elektrischen Stroms durch das elektrische Netzwerk, um mindestens einen Abschnitt der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen zu ätzen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei etwa 100 % der Muster von Kohlenstoff-Nanostrukturen und des darauf abgeschiedenen Salzes durch Widerstandsheizen vom Substrat entfernt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Metallverdrahtung ein Metall umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ti, Cu, Au und Kombinationen davon.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Salzmuster Streifensalz umfassen.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder der Salzstreifen eine Breite von nicht mehr als etwa 5 nm aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen der atomaren Schicht aus Metalldichalcogeniden auf den Salzmustern die thermische Co-Abscheidung eines Metalloxids und eines Chalcogens auf den Salzmustern umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Metalloxid ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wolframdioxid, Wolframtrioxid, Molybdändioxid und Kombinationen davon, und das Chalcogen ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Selen, Schwefel und einer Kombination davon.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die atomare Schicht von Metalldichalcogeniden Molybdändisulfid umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Breite nicht mehr als etwa 5 nm beträgt.
  16. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ausgerichteten Muster der atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden Bänder der atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden umfassen.
  17. Muster einer atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden, hergestellt gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1.
  18. Muster einer atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden mit einer vordefinierten Breite, wobei das Muster ein Band umfasst und die vordefinierte Breite nicht mehr als etwa 5 nm beträgt.
  19. Muster der atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden nach Anspruch 18, umfassend ein Metalldichalcogenid, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Molybdändisulfid, Diselenid, Wolframdisulfid und Kombinationen davon.
  20. Muster der atomaren Schicht von Metalldichalcogeniden nach Anspruch 19, wobei die atomare Schicht von Metalldichalcogeniden Molybdändisulfid umfasst.
  21. Verfahren zum strukturierten Erzeugen einer atomaren Schicht aus Metalldichalcogeniden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Substrats mit einem ersten und einem zweiten Ende und einer Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhren, die Muster definieren, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende erstrecken und das Substrat teilweise bedecken; Abscheiden einer Salzschicht auf dem Substrat; Entfernen der Muster von dem Substrat, um abwechselnd Streifen aus freiliegendem Substrat und Streifen aus salzbeschichtetem Substrat zu bilden, die sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstrecken; und Erzeugen einer Schicht von Metalldichalcogeniden auf den Streifen des salzbeschichteten Substrats.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Schritt des Entfernens der Muster von dem Substrat das Anlegen eines elektrischen Stroms an die Kohlenstoff-Nanoröhren umfasst.
  23. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Schritt des Bereitstellen eines Substrats ferner umfasst: Abscheiden eines Katalysators oder eines Katalysatorvorläufers auf dem Substrat angrenzend an das erste Ende; Einbringen einer Kohlenstoffquelle; und Erzeugen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, um die Muster zu bilden.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Schritt des Bereitstellens eines Substrats ferner umfasst: Abscheiden eines ersten Metallabschnitts angrenzend an das erste Ende des Substrats in Kontakt mit einem ersten Abschnitt der Muster der Kohlenstoff-Nanoröhren und Abscheiden eines zweiten Metallabschnitts angrenzend an das zweite Ende des Substrats in Kontakt mit einem zweiten Abschnitt der Muster der Kohlenstoff-Nanoröhren, und wobei der Schritt des Entfernens der Muster von dem Substrat das Anlegen eines elektrischen Stroms an die Kohlenstoff-Nanoröhren umfasst.
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