二维器件中亚20纳米超短通道的莫尔自对齐制造技术

《Micro and Nanostructures》：Moiré Self-Aligned Fabrication of Sub-20 nm Ultrashort Channels in Two-Dimensional Devices

　　

摘要

随着二维场效应晶体管不断向物理极限发展，要可靠地制造小于20纳米的超短通道，仍受到传统电子束光刻技术的接近效应和分辨率限制的制约。在此，我们提出了一种简单的莫尔自对齐光刻策略，可规避这些瓶颈。通过依次制作空间周期略有差异的两个电极阵列，利用空间拍频来精确确定超短纳米间隙，从而实现了最小18.2纳米的通道长度，并保持了较高的结构完整性。对高度缩放后的WS₂场效应晶体管进行的电学特性测试表明，这种高结构完整性有助于形成稳定可靠的金属-半导体接触。关键在于，该方法与在预蚀刻的WS₂纳米带上生成确定性缩放阵列的特性相兼容，因此能够系统地提取短通道缩放规律。对预蚀刻WS₂纳米带的系统缩放分析显示，在高栅极驱动电压下，传输行为主要由接触效应主导，这进一步证明了该方法在研究极端纳米尺度物理现象方面的有效性。总体而言，这种简单的方法为探索深纳米尺度下的基本传输行为提供了一个易于操作且可靠的实验室平台。

章节节选

样品制备与加工

采用标准湿法转移技术，将化学气相沉积生长的单层WS₂转移到280纳米厚的SiO₂/Si基底上。为了确定纳米带的几何形状，以1400转/分钟的速度将正性PMMA A3光阻旋涂在样品上，随后在180摄氏度下烘烤5分钟。接着使用电子束光刻技术在10千伏的加速电压下进行曝光，曝光剂量为45微库仑/平方厘米。之后，通过氧气等离子体选择性地去除未被保护的WS₂区域。

CRediT作者贡献说明

王志平：方法设计、实验研究、资金获取、正式分析、数据整理、概念构建。李德虎：方法设计、实验研究、资金获取。马海燕：方法设计、实验研究。邵再生：方法设计、数据整理

备注

作者声明没有竞争性财务利益。

关于写作过程中人工智能及辅助技术的声明

作者使用了人工智能工具来提升手稿的清晰度和语法准确性。这一过程仅限于语言优化，并未影响数据解读或科学结论的得出。最终手稿已由作者仔细审核，以确保其准确性和完整性。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所述工作的任何已知竞争性财务利益或个人关系。

王志平|李德虎|马海燕|邵再生

中国科学技术大学物理系，安徽省合肥市230026，中国