Bottom-up Integration of TMDCs with Pre-Patterned Device Architectures via Transfer-free Chemical Vapor Deposition
Lucas M. Sassi, Sathvik Ajay Iyengar, Anand B. Puthirath, Yuefei Huang, Xingfu Li, Tanguy Terlier, Ali Mojibpour, Ana Paula C. Teixeira, Palash Bharadwaj, Chand… 展开作者
Lucas M. Sassi, Sathvik Ajay Iyengar, Anand B. Puthirath, Yuefei Huang, Xingfu Li, Tanguy Terlier, Ali Mojibpour, Ana Paula C. Teixeira, Palash Bharadwaj, Chandra Sekhar Tiwary, Robert Vajtai, Saikat Talapatra, Boris Yakobson, Pulickel M. Ajayan
Two-dimensional (2D) transition metal dichalcogenides (TMDCs) remain a topic of immense interest. Specifically, given their low operational switching costs, they find many niche applications in new computing architectures with the promise of continued miniaturization. However, challenges lie in Back End of Line (BEOL) integration temperature and time compliance regarding current requirements for crystal growth. Additionally, deleterious and time-consuming transfer processes and multiple steps involved in channel/contact engineering can cripple device performance. This work demonstrates kinetics-governed in-situ growth regimes (surface or edge growth from gold) of WSe2 and provides a mechanistic understanding of these regimes via energetics across various material interfaces. As a proof-of-concept, field effect transistors (FET) with an in-situ grown WSe2 channel across Au contacts are fabricated, demonstrating a 2D semiconductor transistor via a transfer-free method within the 450-600 C 2h-time window requirement BEOL integration. We leverage directional edge growth to fabricate contacts with robust thickness-dependent Schottky-to-Ohmic behavior. By transitioning between Au and SiO2 growth substrates in situ, this work achieves strain-induced subthreshold swing of 140 mV/decade, relatively high mobility of 107 +- 19 cm2V-1s-1, and robust ON/OFF ratios 10^6 in the fabricated FETs.
Vertical CVD Growth of Highly Uniform Transition Metal Dichalcogenides
二维过渡金属二硫属化合物（transition metal dichalcogenides，TMDCs）由于其良好的物理化学性质，在电子学和光电子学领域具有广阔的应用前景，引起了人们的广泛关注。由于难以控制固体前体的浓度和空间不均匀的生长动力学，迄今为止，生长具有良好均匀性和再现性的晶片级2D TMDC是具有挑战性的，这显著阻碍了它们的实际应用。在这里，我们报告了垂直化学气相沉积（VCVD）的设计，生长单层TMDC的密度均匀，高质量的整个晶片，并具有良好的再现性。使用这种VCVD设计可以容易地控制前体浓度、气体流量和温度这三个关键的生长参数，这在目前广泛使用的水平CVD系统中是不能做到的。统计结果表明，包括二硫化钼和WS2的VCVD生长的单层TMDC是高均匀性和质量的衬底上超过厘米尺寸。我们还通过一步转移的VCVD生长的TMDC样品，由于其良好的均匀性，制备了多个范德华异质结构。这项工作开辟了一种在晶圆级上生长具有高均匀性和可重复性的2D材料的方法，可用于2D材料及其异质结构的可扩展制造。
Large-Area Deterministic Stamping of 2D Materials on Arbitrarily Patterned Surfaces
Van der Waals-Zeeman Institute, Institute of Physics, University of Amsterdam（范德瓦尔斯-泽曼研究所，阿姆斯特丹大学物理学院）；Advanced Research Center for Nanolithography（先进纳米光刻研究中心）；Center for Nanophotonics, AMOLF（AMOLF纳米光子学中心）；van ‘t Hoff Institute for Molecular Sciences, Universiteit van Amsterdam（范特霍夫分子科学研究所，阿姆斯特丹大学）
Microstructural Effects of Chemical Island Templating in Patterned Matrix-Pillar Oxide Nanocomposites
在外延基质-柱纳米复合材料中图案化柱的位置的能力是使用这些有趣的材料开发未来技术的关键挑战。一种这样的模型系统采用嵌入铁电BiFeO $_{3}$（BFO）矩阵中的亚铁磁性CoFe $_{2}$ O $_{4}$（CFO）柱，其已经被提出作为可能的存储器或逻辑系统。这些复合材料通过物理气相沉积生长时，在随机位置通过成核自发地自组装形成柱。最近的结果表明，如果在衬底上预先图案化柱材料的岛，则可以控制成核过程并确定柱形成的位置。在这项工作中，我们采用电子显微镜和X射线衍射检查图案化的CFO-BFO纳米复合材料的化学组成和微观结构。横截面透射电子显微镜被用来检查在模板岛和所产生的支柱之间的界面处的成核效应。在模板支柱中的晶界和晶格倾斜的证据也被提出，并归因于种子岛的微观结构。
Indium segregation during III-V quantum wire and quantum dot formation on patterned substrates
我们报告了一个模型的非平面衬底上的金属有机物气相外延，特别是V型槽和金字塔形的凹陷，我们适用于InGaAs纳米结构的生长。该模型基于一组耦合的反应-扩散方程，一个方程用于系统中的每个方面，考虑了所有动力学过程的方面依赖性（例如，前体分解、吸附原子扩散和吸附原子寿命），并且先前已被应用于说明具有V形凹槽和金字塔形凹部的GaAs（111）B表面上的AlGaAs纳米结构的温度、浓度和时间依赖性。在本研究中，在V型槽的底部的In $_{0.12}$ Ga $_{0.88}$ As量子线的生长被用来确定一组优化的动力学参数。基于这些参数，我们模拟了生长的In $_{0.25}$ Ga $_{0.75}$ As纳米结构形成的金字塔网站控制的量子点系统，成功地产生了定性的解释，其光学性质的温度依赖性，这在以前的研究中已经报道。最后，我们提出了扫描电子和横截面原子力显微镜图像，显示以前未报告的刻面在底部的金字塔形的凹陷，允许量子点形成。
Nano selective area growth of GaN by MOVPE on 4H-SiC using epitaxial graphene as a mask: towards integrated III-nitride / graphene / SiC electronics and optoelectronics
Phenomenological Growth Regimes in Liquid-Precursor CVD of MoS$_2$ on Functional Substrates
Faculty of Physics and CENIDE, University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学物理学院与CENIDE）；Université Caen Normandie, CEA, ENSICAEN, CNRS, Normandie Univ, CIMAP UMR6252（卡昂诺曼底大学、CEA、ENSICAEN、CNRS、诺曼底大学、CIMAP UMR6252）
