Etchant-Free Wafer-Scale 2D Transfer and van der Waals 3D Integration via Peel-Off Force Engineering

范德瓦尔斯力 材料科学 纳米技术 薄脆饼 比例(比率) 化学物理 化学 物理 分子 有机化学 量子力学
作者
Jaeyeon Pyo,Jungmoon Lim,Junsung Byeon,Sohyeon Park,Sukin Kang,Seung Ho Park,Sung‐Tae Lee,Eunmin Kim,Min Kyeong Kim,Jung Inn Sohn,John Hong,Jungwan Cho,Kyungho Park,SeungNam Cha,Sangyeon Pak
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (28): 25860-25869 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c04785
摘要

Clean van der Waals (vdW) contacts are critical for realizing high-performance, reliable devices and integrated circuits based on two-dimensional (2D) transition metal dichalcogenides (TMDs). However, conventional transfer methods that rely on etchants often degrade TMDs, hampering the formation of pristine vdW interfaces. Here, we suggest an etchant-free transfer technique that prevents both direct and indirect damage by precisely controlling the peel-off force (POF) through surface-tension modulation (STM). Guided by a modified Kendall's model, we determine the optimal surface tension for common, nontoxic mixtures of deionized water and ethanol, thereby maximizing the POF. Using this POF-assisted method, we fabricate high-performance 2D vdW field-effect transistors (FETs), integrating device components without etchant-induced damage. These FETs exhibit a field-effect mobility of 162.2 cm2 ·V-1 ·s-1, an on/off ratio exceeding 108, a subthreshold swing of 72 mV·dec-1, and an interface trap density of ∼1012 cm-2·eV-1, demonstrating high-quality vdW contacts. Finally, we suggest the all-vdW logic circuit design, demonstrated through a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) logic test structure. This work demonstrates a process-compatible approach for the lab-to-fab transition of 2D TMD electronics, achieving reliable device yields and the performance levels required for next-generation vdW-integrated systems.
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