De fabricage van elektronische apparaten van geëxfolieerde 2D-materialen kan lastig zijn. De groep van Daniel Granados bij IMDEA Nanociencia heeft een oplossing ontwikkeld die bestaat uit het na de fabricage op maat maken van MoS ₂ -FET-transistoren die gebruikmaken van gepulseerd gefocusseerd door elektronenbundels geïnduceerd etsen.

Overgangsmetaal dichalcogeniden zijn 2-D, atomair dunne lagen samengebonden door Van der Waals-krachten. Deze materialen vertonen dikteafhankelijke variaties in hun fysieke eigenschappen die kunnen worden benut in verschillende opto-elektronische toepassingen. Bijvoorbeeld, de bandstructuur van molybdeendisulfide (MoS ₂ ) heeft een directe bandgap van 1,8 eV in een enkele laag die kleiner wordt met een dikte van 1,2 eV indirecte bandgap in bulk.

De atomair dunne lagen MoS ₂ kan worden gescheiden door micromechanische exfoliatie, niettemin de fabricage van opto-elektronische apparaten van mechanisch geëxfolieerde MoS ₂ is een ingewikkeld proces. De geometrie van het apparaat wordt in alle gevallen beperkt door de vorm van de geëxfolieerde vlok, zelfs wanneer een deterministische stempelmethode wordt gebruikt. Zelfs bij het gebruik van CVD-technieken (chemical vapour deposition) wordt de fabricage van het apparaat belemmerd door het materiaal dat groeit op eilanden met kleinere afmetingen en verschillende fysieke eigenschappen.

Dus, het ontwikkelen van technieken om de geometrie van het apparaat aan te passen nadat de fabricagestappen zijn voltooid, is van groot belang. De groep van Prof. Daniel Granados bij IMDEA Nanociencia is tot een slimme oplossing gekomen door de geometrie van verschillende veldeffecttransistoren (FET) te wijzigen die zijn vervaardigd uit geëxfolieerd MoS ₂ . De voorgestelde methode maakt gebruik van een variatie van gefocusseerde elektronenbundel-geïnduceerde etsing (FEBIE) met een gepulste elektronenbundel. De straal scant het oppervlak in een ontworpen geometrie met behulp van een patroongenerator, modificatie van het geleidingskanaal tussen de source en de drain van de transistor en het mogelijk maken van een op maat gemaakte apparaatprestatie.

Prof. Granados gebruikt graag de hydrodynamische analogie:"Het is als een turbulente stroming, na het passeren van bepaalde openingen wordt het laminair; onze op maat gemaakte geleidingskanalen laten de elektronen passeren door gebieden van de MoS ₂ vlokken met identieke eigenschappen."

Het effect van deze methode is verder bestudeerd om de prestaties van de aangepaste apparaten te verifiëren. De groep van Granados heeft ontdekt dat 90 procent van de apparaten werkt na de nanopatronen. Verder, ze bestudeerden de verschuiving die wordt geproduceerd van duidelijke zwaar N-type doping naar intrinsieke of licht P-type, en schreef deze verandering toe aan zwavelvacatures die tijdens het etsen waren ontstaan. De dopingverschuiving werd bevestigd door fotoluminescentie- en Raman-spectroscopiestudies.

Deze methode biedt verschillende voordelen in vergelijking met die waarbij verschillende fabricagestappen worden gebruikt. Eerst, het combineert patronen en etsen in een enkele stap in plaats van een nanofabricageproces in twee stappen. Tweede, het maakt elektronische en optische karakterisering mogelijk voor en na de aanpassingsstap in een eenvoudig schema. Laatste, de pulsed-FEBIE is een chemische methode met een elektronenstraalenergie die lager is dan bij andere studies (2,5 kV), die de monsterschade vermindert en de vervorming van de MoS . voorkomt ₂ rooster. Door deze voordelen, de nanoschaar voorgesteld door Granados et al. zijn een opmerkelijk alternatief voor dure en tijdrovende nanofabricagetechnieken, en hebben een groot potentieel voor de nabewerking van de elektrische en geometrische eigenschappen van elektronische en opto-elektronische apparaten.