1. 二维 Bi₂O₂Se/Bi₂SeO₅ GAA 异质结构的制备
1.1 氧化过程
样品选择:
实验中使用了膜样品、自由悬挂纳米片或垂直鳍样品作为基础材料。
氧化方法:
采用紫外臭氧(UV–O₃)氧化法,通过控制反应时间、温度和氧气浓度,实现对二维 Bi₂O₂Se 的选择性氧化,形成 Bi₂SeO₅ 层。
多阶段氧化:
预加热:
确保汞灯达到稳定温度,以实现可重复的氧化条件。
中温氧化:
从 Bi₂O₂Se 的边缘开始,逐步将 Se²⁻ 离子氧化为 [SeO₃]²⁻,同时保持 [Bi₂O₂]n²n⁺ 框架完整。
冷却与转移:
快速冷却并转移样品,避免过度反应。
后氧化处理:
通过长时间低温氧化去除可能的聚合物残留,并确保完全包裹。
高温瞬时氧化:
修复可能的晶格缺陷,优化 Bi₂O₂Se/Bi₂SeO₅ 界面。
1.2 异质结构设计
膜样品:通过界面调节剥离生长基底,暴露新鲜表面,随后进行对称氧化处理。
自由悬挂或垂直鳍样品:通过长时间低温氧化形成完整的核壳结构,随后进行中温氧化和高温瞬时氧化,以优化界面和修复缺陷。
2. 二维 Bi₂O₂Se/Bi₂SeO₅ GAAFET 的制备
2.1 垂直封装方法
金属电极沉积:
使用磁控溅射系统在 Bi₂O₂Se/Bi₂SeO₅ 异质结构上沉积金(Au)层,形成环绕栅结构。
转移与修复:
将包裹好的异质结构转移到目标基底(如 Si/SiO₂),并使用 UV–O₃ 氧化修复可能的损伤。
源漏电极制备:
通过电子束蒸发在暴露的 Bi₂O₂Se 表面沉积源漏电极。
2.2 预嵌入电极方法
电极制备:
在 Si/SiO₂ 基底上预先制备金属电极,随后将 Bi₂O₂Se/Bi₂SeO₅ 异质结构转移到电极上。
后氧化处理:
通过磁控溅射系统完成环绕栅的包裹,并修复可能的机械损伤。
源漏电极定义:
通过电子束光刻(EBL)定义源漏窗口,并沉积金属电极。
3. 低温单片三维集成技术
多层堆叠:
通过交替堆叠 Bi₂SeO₅/Bi₂O₂Se/Bi₂SeO₅ 和多层石墨烯,实现晶圆级多层堆叠结构。
转移过程:
在 Bi₂O₂Se 薄膜上沉积 Al₂O₃ 和 Ni 层。
使用热释放胶带(TRT)剥离 Bi₂O₂Se 薄膜。
通过 UV–O₃ 部分氧化 Bi₂O₂Se 形成 Bi₂SeO₅。
使用聚碳酸酯(PPC)和 PDMS 进行封装和转移。
去除 Ni 和 Al₂O₃ 层,暴露 Bi₂O₂Se 表面。
将 Bi₂O₂Se 转移到石墨烯/SiO₂/Si 基底上,形成多层堆叠结构。