EBL Patterned ITO Contacts for Single Nanowire Devices
(2018) PHYM01 20181Solid State Physics
Department of Physics
- Abstract
- Nanowires have attracted interest as fundamental building blocks
for electronic and optoelectronic devices as well as for fundamental
research. Photonic studies of single nanowire devices typically involve
patterning of metal electrodes for electronic access, yet plasmonic ef-
fects between the metal contacts and the light source may perturb
experimental measurements. An alternative to conventional metallic
contact materials is transparent conductive oxides (TCOs), such as in-
dium tin oxide (ITO). ITO is a well-studied TCO often used as trans-
parent top contact for optoelectronic devices, including nanowire array
devices. Contacting single nanowires requires high-resolution pattern-
ing of the ITO electrodes, which has never... (More) - Nanowires have attracted interest as fundamental building blocks
for electronic and optoelectronic devices as well as for fundamental
research. Photonic studies of single nanowire devices typically involve
patterning of metal electrodes for electronic access, yet plasmonic ef-
fects between the metal contacts and the light source may perturb
experimental measurements. An alternative to conventional metallic
contact materials is transparent conductive oxides (TCOs), such as in-
dium tin oxide (ITO). ITO is a well-studied TCO often used as trans-
parent top contact for optoelectronic devices, including nanowire array
devices. Contacting single nanowires requires high-resolution pattern-
ing of the ITO electrodes, which has never been reported using EBL.
Here, we demonstrate a simple method for patterning sub 100nm wide
ITO lines with EBL and lift-off. We contacted single InAs nanowires
and demonstrated ohmic ITO contacts and measured for the rst time
a specic contact resistivity of (3.94+-2.79)X10^(-5)Ohm-cm^2, which to the
best of our knowledge is the lowest specic contact resistivity between
ITO and any semiconductor. Although ITO properties were improved
by annealing, the ITO contact resistance increased which was hypoth-
esized to be caused by oxygen diusing from ITO to the InAs during
the heat treatment. The contact resistivity of 3.5nm/5.5nm/100nm
Ni/Au/ITO contacts to InAs nanowires was generally higher than that
of pure ITO contacts at 10^(-4)Ohm-cm^2. Annealing indicated that con-
tact resistivity of these contacts could be improved, but no denitive
conclusion could be drawn from the statistical analysis. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Transparenta material som kan leda ström är viktiga för bland annat solceller. Nu har ett sådant material, indiumtennoxid (ITO), för första gången tillverkats i rekordliten storlek för att användas till exotiska solcellsprover på nanoskalan.
”Konventionella” solceller lider av ett problem som kan liknas vid grötproblemet Guldlock stötte på hos de tre björnarna: när solen lyser på solceller kommer en stor del av ljuset ha för lite energi för att generera ström. Ytterligare en stor del har mer än tillräckligt med energi som krävs för att generera ström; överskottsenergin går förlorad som värme som dessutom gör solcellen mindre effektiv. Bara en liten del av ljuset har exakt den energin som behövs för att generera ström utan spillvärme.
... (More) - Transparenta material som kan leda ström är viktiga för bland annat solceller. Nu har ett sådant material, indiumtennoxid (ITO), för första gången tillverkats i rekordliten storlek för att användas till exotiska solcellsprover på nanoskalan.
”Konventionella” solceller lider av ett problem som kan liknas vid grötproblemet Guldlock stötte på hos de tre björnarna: när solen lyser på solceller kommer en stor del av ljuset ha för lite energi för att generera ström. Ytterligare en stor del har mer än tillräckligt med energi som krävs för att generera ström; överskottsenergin går förlorad som värme som dessutom gör solcellen mindre effektiv. Bara en liten del av ljuset har exakt den energin som behövs för att generera ström utan spillvärme.
På fasta tillståndets fysik vid Lunds Universitet forskas det på nya solcellskoncept med målet att kringgå ”Guldlocksproblemet”. I ett av projekten har så kallade nanotrådar – ett begrepp för mycket små, cylindriska halvledarstrukturer – använts för att testa koncepten. För att använda nanotrådskomponenterna krävs väldigt små kontakter, vanligen av metall. Även om metaller leder ström bra släpper de inte igenom ljus, vilket förhindrar absorptionen av ljus där kontakterna överlappar. För elektronik som tar upp eller sänder ut ljus, så kallad optoelektronik, är transparenta kontakter en oumbärlig tillgång. Detta projekts huvudsyfte har varit att byta ut metallkontakter mot ITO: ett transparent material som också har god ledningsförmåga. ITO är tack vare sin transparens ett väldigt viktigt material för bland annat solceller och lysdioder, men har tidigare inte tillverkats i så små dimensioner som krävs för dessa nanotrådsprover.
Examensarbetet demonstrerade att det var möjligt att kontakta nanotrådar med sådana ITO-elektroder för första gången med en metod som kallas elektronstrållitografi. Metoden använder sig av en elektronstråle som etsar mönster i ett plastlager på proverna; efter att material (ITO) fyllt upp mönstren tas plasten bort och efterlämnar det mönstrade materialet med en precision ner på nanoskalan, alltså miljondelar av millimeter. Därutöver demonstrerades att materialet kunde tillverkas i dimensioner mindre än hundra nanometer, vilket tros vara rekord för sådana ITO-kontakter.
De tillverkade kontakterna användes för att uppskatta den hittills okända elektriska kontakten mellan ITO och nanotrådarna. I de flesta applikationer vill man att den oundvikliga kontaktresistansen närvarande mellan två material ska vara så liten som möjligt för att proverna ska fungera optimalt. Resultaten stod sig väl i jämförelse med vanliga metallkontakter så väl som ITO-kontakter till andra typer av nanotrådar. Metoderna som använts i arbetet kan vidare användas för att uppskatta kontaktresistiviteten mellan ITO och en rad andra typer av nanotrådar, vilket är användbart för framtida design och optimering av optoelektroniska komponenter av nanotrådar. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8959444
- author
- Snellman, Markus LU
- supervisor
- organization
- course
- PHYM01 20181
- year
- 2018
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- language
- English
- id
- 8959444
- date added to LUP
- 2018-09-28 14:52:38
- date last changed
- 2018-09-28 14:52:38
@misc{8959444,
abstract = {{Nanowires have attracted interest as fundamental building blocks
for electronic and optoelectronic devices as well as for fundamental
research. Photonic studies of single nanowire devices typically involve
patterning of metal electrodes for electronic access, yet plasmonic ef-
fects between the metal contacts and the light source may perturb
experimental measurements. An alternative to conventional metallic
contact materials is transparent conductive oxides (TCOs), such as in-
dium tin oxide (ITO). ITO is a well-studied TCO often used as trans-
parent top contact for optoelectronic devices, including nanowire array
devices. Contacting single nanowires requires high-resolution pattern-
ing of the ITO electrodes, which has never been reported using EBL.
Here, we demonstrate a simple method for patterning sub 100nm wide
ITO lines with EBL and lift-off. We contacted single InAs nanowires
and demonstrated ohmic ITO contacts and measured for the rst time
a specic contact resistivity of (3.94+-2.79)X10^(-5)Ohm-cm^2, which to the
best of our knowledge is the lowest specic contact resistivity between
ITO and any semiconductor. Although ITO properties were improved
by annealing, the ITO contact resistance increased which was hypoth-
esized to be caused by oxygen diusing from ITO to the InAs during
the heat treatment. The contact resistivity of 3.5nm/5.5nm/100nm
Ni/Au/ITO contacts to InAs nanowires was generally higher than that
of pure ITO contacts at 10^(-4)Ohm-cm^2. Annealing indicated that con-
tact resistivity of these contacts could be improved, but no denitive
conclusion could be drawn from the statistical analysis.}},
author = {{Snellman, Markus}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{EBL Patterned ITO Contacts for Single Nanowire Devices}},
year = {{2018}},
}