RU2758577C1 - Способ изготовления контактов к тонким трёхмерным чешуйкам слоистых кристаллов - Google Patents
Способ изготовления контактов к тонким трёхмерным чешуйкам слоистых кристаллов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758577C1 RU2758577C1 RU2021107121A RU2021107121A RU2758577C1 RU 2758577 C1 RU2758577 C1 RU 2758577C1 RU 2021107121 A RU2021107121 A RU 2021107121A RU 2021107121 A RU2021107121 A RU 2021107121A RU 2758577 C1 RU2758577 C1 RU 2758577C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- contact
- crystal
- flake
- flakes
- layered
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 15
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 7
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 2
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
- H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в электронике для изготовления электронных компонентов. Способ изготовления контактов к тонким трехмерным чешуйкам слоистых кристаллов включает прижим контакта к кристаллу, для этого используют матрицу с предварительно сформированными на поверхности оксидированного кремния металлическими контактными дорожками - контактами, на которой размещают чешуйку слоистого кристалла толщиной от 100 нм до 1 мкм, так чтобы обеспечить ее перекрытие с контактными дорожками, а прижим контакта к кристаллу осуществляют путем однократного прижима второй полированной пластиной оксидированного кремния чешуйки кристалла. Изобретение обеспечивает возможность исключения значительных деформаций и загрязнений в контактной области. 2 ил., 2 пр.
Description
В последнее время значительный интерес, как теоретический, так и экспериментальный, привлекают гибридные структуры на основе тонких чешуек слоистых кристаллов, таких как графит, черный фосфор, ди- и монохалькогениды переходных металлов. Обычно такие гибридные структуры представляют собой контакт между металлической (нормальной, сверхпроводящей, ферромагнитной) пленкой и тонкой чешуйкой слоистого кристалла, что позволяет реализовывать, соответственно, омический, сверхпроводящий или спинзависимый перенос носителей заряда вблизи границы металлслоистый кристалл. Для практической реализации таких гибридных структур требуется надежная реализация прозрачного контакта (вероятность отражения носителя заряда в контакте менее 0.5) между металлической пленкой и тонкой чешуйкой слоистого кристалла. Стандартным способом реализации контакта к моноатомным слоям, например, к графену, являются методы фото- и электронной литографии. В этом случае монослой графена удерживается на поверхности оксидированного кремния посредством вандер-ваальсовых сил, в то время как металлические контакты формируются поверх кристалла стандартными методами электронной литографии (покрытие всей структуры резистом, локальная засветка резиста электронным пучком, удаление резиста из засвеченных областей), последующим напылением металлической пленки на всю структуру и взрывной литографии для удаления пленки с поверхности резиста. В то же время, необходимы методы изготовления прозрачных контактов к чешуйкам слоистых кристаллов толщиной более 100 нм. Например, слоистый дихалькогенид вольфрама в случае моноатомной реализации представляет собой двумерный топологический изолятор, в то время как трехмерная 100 нм пленка является одной из наиболее надежных реализаций Вейлевского топологического полуметалла. Однако, при толщинах чешуек от 100 нм, вандер-ваальсовы силы слишком слабы, чтобы удержать чешуйку на поверхности оксидированного кремния в процессе литографии.
Известен способ реализации металлических контактов к чешуйкам слоистых кристаллов произвольной толщины, при помощи прижимного контакта (Nature Communications, 8, 13974 (2017)) - прототип. В этом случае чешуйка слоистого кристалла находится на поверхности оксидированного кремния, а контакт реализуется прижимом металлического острия к верхней поверхности кристалла.
Недостатком данного способа изготовления контактов - прототипа, является необходимость постоянного и достаточно сильного прижима, что приводит к неконтролируемым изменениям свойств материала в точке контакта. В частности, в работе-прототипе продемонстрировано возникновение эффектов, сходных со сверхпроводимостью, на границе двух несверхпроводящих материалов (полуметалл TaAs и заостренное серебряное острие). Причины такого поведения до сих пор точно неизвестны, они могут быть связаны с локальными деформациями в точке контакта, загрязнением области контакта примесями из окружающей среды и т.п.
Задача предлагаемого изобретения - разработка способа изготовления прозрачных планарных контактов к чешуйкам слоистых кристаллов толщиной более 100 нм, не требующих постоянного прижима контакта к чешуйке. В планарных контактах широкая полоска металла исключает значительные деформации и загрязнения в контактной области.
Поставленная задача решается с помощью использования матрицы предварительно сформированных на поверхности оксидированного кремния контактных дорожек, размещения на поверхности контактов чешуйки слоистого кристалла толщиной от 100 нм до 1 мкм нужного размера (обычно от 30 до 100 мкм) и фиксации путем однократного прижима.
Предложенный способ является вариантом техники эксфолиации, предназначенным для изготовления образцов трехмерных материалов с заданной геометрией контактов. Для трехмерных чешуек монокристаллов с объемной проводимостью (например, ди- и монохалькогенидов переходных металлов) невозможно прямое использование стандартных методов фото- и электронной литографии. При формировании контактных площадок прямо на поверхности чешуйки монокристалла распределение тока в образце становится плохо определенным. Вывод контактных площадок за пределы чешуйки невозможен из-за большого перепада высот для чешуек с толщиной от 100 нм. Кроме того, вандер-ваальсовы силы слишком слабы, чтобы удержать 100 нм чешуйку на поверхности оксидированного кремния в процессе литографии.
Предлагаемый способ заключается в следующем. Матрица металлических контактных дорожек нужной геометрии формируется стандартными методами литографии на поверхности оксидированного кремния. Исходный монокристалл механически расслаивается на тонкие (от 100 нм до 1 мкм) чешуйки нужного размера (обычно менее 100 мкм). Отдельная чешуйка помещается на поверхность уже сформированных контактов и требуемым образом ориентируется относительно них методами ручного переноса при контроле в оптический микроскоп. Далее, следует однократный прижим чешуйки при помощи второй пластины оксидированного кремния. Усилие прижима подбирается экспериментально для каждого материала так, чтобы быть заведомо меньше усилия, приводящего к механическому повреждению чешуйки. В силу разной структуры поверхности пластин (гладкая полированная поверхность оксидированного кремния для прижимающей пластины, и рельефная поверхность матрицы контактных дорожек), чешуйка прочно удерживается на пластине с предварительно сформированными контактами, как показано на Фиг. 1, где виден проступающий рельеф матрицы контактов (1-8) под 100 нм чешуйкой SnSe (10). Планарные контакты формируются в области перекрытия (показано стрелками на Фиг. 1) чешуйки и металлических контактных дорожек, их площадь, и, соответственно, сопротивление, выбирается в процессе ориентации чешуйки до прижима. Достоинством данного метода является устойчивость полученной структуры к процессам окисления и иным видам загрязнения, в силу того, что рабочая (нижняя) поверхность чешуйки прижата к поверхности оксидированного кремния. Данная процедура позволяет создавать прозрачные контакты, пригодные даже для реализации джозефсоновских структур.
Можно привести следующие примеры использования способа изготовления контактов к тонким трехмерным чешуйкам слоистых кристаллов
Пример 1
Фотография чешуйки монохалькогенида олова толщиной 100 нм на золотых контактах представлена на Фиг. 1. Виден проступающий рельеф матрицы контактных дорожек (1-8) под 100 нм чешуйкой монохалькогенида олова (10).
1. На поверхности оксидированного кремния (9) методами фотолитографии и термического напыления формируется матрица золотых контактных дорожек (1-8), толщиной 100 нм. Ширины контактных дорожек в центральной части 10 мкм, 10 мкм, 20 мкм, 40 мкм, расстояние между дорожками 5 мкм.
2. На центральную часть матрицы контактных дорожек помещается чешуйка монохалькогенида олова (10) толщиной 100 нм так, чтобы обеспечить перекрытие с контактными дорожками.
3. Проводится однократный прижим чешуйки к матрице контактных дорожек.
4. После однократного прижима, контакты возникают в областях перекрытия (показано стрелками) с чешуйкой монохалькогенида олова (10).
Пример 2
Фотография чешуйки дихалькогенида вольфрама толщиной 0.5 мкм (10) на индиевых контактах (1-8) представлена на Фиг. 2.
1. На поверхности оксидированного кремния (9) методами фотолитографии и термического напыления формируется матрица индиевых контактных дорожек (1-8), толщиной 100 нм. Ширины контактных дорожек в центральной части 10 мкм, 10 мкм, 20 мкм, 40 мкм, расстояние между полосами 5 мкм.
2. На центральную часть матрицы контактных дорожек помещается чешуйка дихалькогенида вольфрама (10) толщиной 0.5 мкм так, ориентированная в этом случае под углом к контактным дорожкам.
4. После однократного прижима, контакты возникают в областях перекрытия с чешуйкой дихалькогенида вольфрама (10).
Claims (1)
- Способ изготовления контактов к тонким трехмерным чешуйкам слоистых кристаллов, включающий прижим контакта к кристаллу, отличающийся тем, что используют матрицу с предварительно сформированными на поверхности оксидированного кремния металлическими контактными дорожками - контактами, на которой размещают чешуйку слоистого кристалла толщиной от 100 нм до 1 мкм так, чтобы обеспечить ее перекрытие с контактными дорожками, и прижим контакта к кристаллу осуществляют путем однократного прижима второй полированной пластиной оксидированного кремния чешуйки кристалла.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021107121A RU2758577C1 (ru) | 2021-03-17 | 2021-03-17 | Способ изготовления контактов к тонким трёхмерным чешуйкам слоистых кристаллов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021107121A RU2758577C1 (ru) | 2021-03-17 | 2021-03-17 | Способ изготовления контактов к тонким трёхмерным чешуйкам слоистых кристаллов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2758577C1 true RU2758577C1 (ru) | 2021-10-29 |
Family
ID=78466597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021107121A RU2758577C1 (ru) | 2021-03-17 | 2021-03-17 | Способ изготовления контактов к тонким трёхмерным чешуйкам слоистых кристаллов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2758577C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0389040A1 (en) * | 1989-03-20 | 1990-09-26 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Substrate comprising interconnection structures |
| UA105248C2 (ru) * | 2012-05-31 | 2014-04-25 | Львівський Національний Університет Імені Івана Франка | Способ получения фотовольтаических кремниевых структур |
| RU2642117C1 (ru) * | 2014-02-26 | 2018-01-24 | Инфинеон Текнолоджиз Биполар Гмбх Унд Ко. Кг | Улучшенная дисковая ячейка для нескольких контактирующих посредством зажатия полупроводниковых элементов |
-
2021
- 2021-03-17 RU RU2021107121A patent/RU2758577C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0389040A1 (en) * | 1989-03-20 | 1990-09-26 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Substrate comprising interconnection structures |
| UA105248C2 (ru) * | 2012-05-31 | 2014-04-25 | Львівський Національний Університет Імені Івана Франка | Способ получения фотовольтаических кремниевых структур |
| RU2642117C1 (ru) * | 2014-02-26 | 2018-01-24 | Инфинеон Текнолоджиз Биполар Гмбх Унд Ко. Кг | Улучшенная дисковая ячейка для нескольких контактирующих посредством зажатия полупроводниковых элементов |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| M.R. VAN DELFT, Surface and bulk superconductivity at ambient pressure in the Weyl semimetal TaP, Nature Communications, 8, 13974 (2017). * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101970809B1 (ko) | 그래핀 관련 구조들 및 방법들 | |
| US9640391B2 (en) | Direct and pre-patterned synthesis of two-dimensional heterostructures | |
| Kawaji et al. | Superstructures of submonolayer indium films on silicon (111) 7 surfaces | |
| JP2021509227A (ja) | 回折格子導光板用モールドの製造方法および回折格子導光板の製造方法 | |
| CN108767108A (zh) | 霍尔器件制备方法及霍尔器件 | |
| TW201818552A (zh) | 薄膜電晶體的製備方法 | |
| Zhang et al. | Multilayer Si shadow mask processing of wafer-scale MoS2 devices | |
| RU2758577C1 (ru) | Способ изготовления контактов к тонким трёхмерным чешуйкам слоистых кристаллов | |
| CN111613661B (zh) | 隧道结、其制备方法和应用 | |
| Luber et al. | Nanometre spaced electrodes on a cleaved AlGaAs surface | |
| Pai et al. | Magnetic nanostructures fabricated by scanning tunneling microscope-assisted chemical vapor deposition | |
| CN111430513B (zh) | 纳米柱的制备方法和纳米柱led器件的制备方法 | |
| Siahaan et al. | Cleaved thin-film probes for scanning tunneling microscopy | |
| Shastri et al. | Electric current-assisted manipulation of liquid metals using a stylus at micro-and nano-scales | |
| Seredinski et al. | Supercurrent in graphene Josephson junctions with narrow trenches in the quantum Hall regime | |
| CN109946340B (zh) | 一种二维层状材料样品电学测试微电极的制备方法 | |
| Tan | Transport and optical measurements in van der Waals materials Fe3GeTe2 and WTe2 | |
| JP7440897B2 (ja) | 貼り合わせ装置、貼り合わせ方法およびそれを用いた素子の製造方法 | |
| Tarasov et al. | Effect of Epitaxial Alignment on Electron Transport from Quasi-Two-Dimensional Iron Silicide α-FeSi 2 Nanocrystals Into p-Si (001) | |
| Revin et al. | Fast technology for fabrication of thick single Bi2Sr2CaCu2O8+ x mesas on a Cu substrate | |
| Ji et al. | A comprehensive FIB lift-out sample preparation method for scanning probe microscopy | |
| Frolov et al. | House of Cards: Nuances of Fabricating Stable Stacked Junction Structures in Layered Crystals | |
| Brown | Nanofabrication and Testing of 1T-TaS2 Charge-Density-Wave Quantum Devices | |
| Seredinski | Interference Effects in Graphene Josephson Junctions Subject to Magnetic Field | |
| Elias | Electronic Transport Behavior of Adatom-and Nanoparticle-Decorated Graphene |