The exploration of new materials, novel quantum phases, and devices requires ways to prepare cleaner samples with smaller feature sizes. Initially, this meant the use of a cleanroom that limits the amount and size of dust particles. However, many materials are highly sensitive to oxygen and water in the air. Furthermore, the ever-increasing demand for a quantum workforce, trained and able to use the equipment for creating and characterizing materials, calls for a dramatic reduction in the cost to create and operate such facilities. To this end, we present our cleanroom-in-a-glovebox, a system that allows for the fabrication and characterization of devices in an inert argon atmosphere. We demonstrate the ability to perform a wide range of characterization as well as fabrication steps, without the need for a dedicated room, all in an argon environment. Finally, we discuss the custom-built antechamber attached to the back of the glovebox. This antechamber allows the glovebox to interface with ultra-high vacuum equipment such as molecular-beam epitaxy and scanning tunneling microscopy.

1.
S. H.
Chae
,
Y.
Jin
,
T. S.
Kim
,
D. S.
Chung
,
H.
Na
,
H.
Nam
,
H.
Kim
,
D. J.
Perello
,
H. Y.
Jeong
,
T. H.
Ly
, and
Y. H.
Lee
,
ACS Nano
10
,
1309
(
2016
).
2.
J. A.
Liddle
,
J.
Bowser
,
B. R.
Ilic
, and
V.
Luciani
,
J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol.
125
,
125009
(
2020
).
3.
ISO 114644-1:2015
, “
Cleanrooms and associated controlled environments—Part 1: Classification of air cleanliness by particle concentration
,”
Standard
(
International Organization for Standardization
,
Geneva, CH
,
2015
).
4.
A. C.
Ferrari
and
D. M.
Basko
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
235
(
2013
).
5.
K. M. F.
Shahil
,
M. Z.
Hossain
,
D.
Teweldebrhan
, and
A. A.
Balandin
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
153103
(
2010
).
6.
B.
Zhou
,
Y.
Wang
,
G. B.
Osterhoudt
,
P.
Lampen-Kelley
,
D.
Mandrus
,
R.
He
,
K. S.
Burch
, and
E. A.
Henriksen
,
J. Phys. Chem. Solids
128
,
291
(
2019
).
7.
S.
Lei
,
J.
Lin
,
Y.
Jia
,
M.
Gray
,
A.
Topp
,
G.
Farahi
,
S.
Klemenz
,
T.
Gao
,
F.
Rodolakis
,
J. L.
McChesney
,
C. R.
Ast
,
A.
Yazdani
,
K. S.
Burch
,
S.
Wu
,
N. P.
Ong
, and
L. M.
Schoop
,
Sci. Adv.
6
,
eaay6407
(
2020
).
8.
L. J.
Sandilands
,
J. X.
Shen
,
G. M.
Chugunov
,
S. Y. F.
Zhao
,
S.
Ono
,
Y.
Ando
, and
K. S.
Burch
,
Phys. Rev. B
82
,
064503
(
2010
).
9.
Y.
Tian
,
G. B.
Osterhoudt
,
S.
Jia
,
R. J.
Cava
, and
K. S.
Burch
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
041911
(
2016
).
10.
J.-B.
Wu
,
M.-L.
Lin
,
X.
Cong
,
H.-N.
Liu
, and
P.-H.
Tan
,
Chem. Soc. Rev.
47
,
1822
(
2018
).
11.
Z.
Yin
,
H.
Li
,
H.
Li
,
L.
Jiang
,
Y.
Shi
,
Y.
Sun
,
G.
Lu
,
Q.
Zhang
,
X.
Chen
, and
H.
Zhang
,
ACS Nano
6
,
74
(
2011
).
12.
S. Z.
Butler
,
S. M.
Hollen
,
L.
Cao
,
Y.
Cui
,
J. A.
Gupta
,
H. R.
Gutiérrez
,
T. F.
Heinz
,
S. S.
Hong
,
J.
Huang
,
A. F.
Ismach
,
E.
Johnston-Halperin
,
M.
Kuno
,
V. V.
Plashnitsa
,
R. D.
Robinson
,
R. S.
Ruoff
,
S.
Salahuddin
,
J.
Shan
,
L.
Shi
,
M. G.
Spencer
,
M.
Terrones
,
W.
Windl
, and
J. E.
Goldberger
,
ACS Nano
7
,
2898
(
2013
).
13.
C. H.
Lui
,
L.
Liu
,
K. F.
Mak
,
G. W.
Flynn
, and
T. F.
Heinz
,
Nature
462
,
339
(
2009
).
14.
K. F.
Mak
,
K.
He
,
C.
Lee
,
G. H.
Lee
,
J.
Hone
,
T. F.
Heinz
, and
J.
Shan
,
Nat. Mater.
12
,
207
(
2013
).
15.
J. S.
Ross
,
S.
Wu
,
H.
Yu
,
N. J.
Ghimire
,
A. M.
Jones
,
G.
Aivazian
,
J.
Yan
,
D. G.
Mandrus
,
D.
Xiao
,
W.
Yao
, and
X.
Xu
,
Nat. Commun.
4
,
1474
(
2013
).
16.
A. L.
Sharpe
,
E. J.
Fox
,
A. W.
Barnard
,
J.
Finney
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
M. A.
Kastner
, and
D.
Goldhaber-Gordon
,
Science
365
,
605
(
2019
).
17.
S.
Wu
,
V.
Fatemi
,
Q. D.
Gibson
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
R. J.
Cava
, and
P.
Jarillo-Herrero
,
Science
359
,
76
(
2018
).
18.
P.
Stepanov
,
S.
Che
,
D.
Shcherbakov
,
J.
Yang
,
R.
Chen
,
K.
Thilahar
,
G.
Voigt
,
M. W.
Bockrath
,
D.
Smirnov
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
R. K.
Lake
,
Y.
Barlas
,
A. H.
MacDonald
, and
C. N.
Lau
,
Nat. Phys.
14
,
907
(
2018
).
19.
S.
Tang
,
C.
Zhang
,
D.
Wong
,
Z.
Pedramrazi
,
H.-Z.
Tsai
,
C.
Jia
,
B.
Moritz
,
M.
Claassen
,
H.
Ryu
,
S.
Kahn
,
J.
Jiang
,
H.
Yan
,
M.
Hashimoto
,
D.
Lu
,
R. G.
Moore
,
C.-C.
Hwang
,
C.
Hwang
,
Z.
Hussain
,
Y.
Chen
,
M. M.
Ugeda
,
Z.
Liu
,
X.
Xie
,
T. P.
Devereaux
,
M. F.
Crommie
,
S.-K.
Mo
, and
Z.-X.
Shen
,
Nat. Phys.
13
,
683
(
2017
).
20.
P.
Zareapour
,
A.
Hayat
,
S. Y. F.
Zhao
,
M.
Kreshchuk
,
A.
Jain
,
D. C.
Kwok
,
N.
Lee
,
S.-W.
Cheong
,
Z.
Xu
,
A.
Yang
,
G. D.
Gu
,
S.
Jia
,
R. J.
Cava
, and
K. S.
Burch
,
Nat. Commun.
3
,
1056
(
2012
).
21.
J. O.
Island
,
X.
Cui
,
C.
Lewandowski
,
J. Y.
Khoo
,
E. M.
Spanton
,
H.
Zhou
,
D.
Rhodes
,
J. C.
Hone
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
L. S.
Levitov
,
M. P.
Zaletel
, and
A. F.
Young
,
Nature
571
,
85
(
2019
).
22.
A.
Castellanos-Gomez
,
M.
Buscema
,
R.
Molenaar
,
V.
Singh
,
L.
Janssen
,
H. S. J.
van der Zant
, and
G. A.
Steele
,
2D Materials
1
,
011002
(
2014
).
23.
M.
Brotons-Gisbert
,
A.
Branny
,
S.
Kumar
,
R.
Picard
,
R.
Proux
,
M.
Gray
,
K. S.
Burch
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
B. D.
Gerardot
,
Nat. Nanotechnol.
14
,
442
(
2019
).
24.
M. J.
Gray
,
J.
Freudenstein
,
S. Y. F.
Zhao
,
R.
O’Connor
,
S.
Jenkins
,
N.
Kumar
,
M.
Hoek
,
A.
Kopec
,
S.
Huh
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
R.
Zhong
,
C.
Kim
,
G. D.
Gu
, and
K. S.
Burch
,
Nano Lett.
19
,
4890
(
2019
).
25.
N.
Kumar
,
W.
Wang
,
J. C.
Ortiz-Marquez
,
M.
Catalano
,
M.
Gray
,
N.
Biglari
,
K.
Hikari
,
X.
Ling
,
J.
Gao
,
T.
van Opijnen
, and
K. S.
Burch
,
Biosens. Bioelectron.
156
,
112123
(
2020
).
26.
S. Y. F.
Zhao
,
N.
Poccia
,
M. G.
Panetta
,
C.
Yu
,
J. W.
Johnson
,
H.
Yoo
,
R.
Zhong
,
G. D.
Gu
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
S. V.
Postolova
,
V. M.
Vinokur
, and
P.
Kim
,
Phys. Rev. Lett.
122
,
247001
(
2019
).
27.
A.
Zalic
,
S.
Simon
,
S.
Remennik
,
A.
Vakahi
,
G. D.
Gu
, and
H.
Steinberg
,
Phys. Rev. B
100
,
064517
(
2019
).
28.
J.
Damasco
,
S. T.
Gill
,
S.
Gazibegovic
,
G.
Badawy
,
E. P. A. M.
Bakkers
, and
N.
Mason
,
Appl. Phys. Lett.
115
,
043503
(
2019
).
29.
J.
Ping
,
R.
Vishnubhotla
,
A.
Vrudhula
, and
A. T. C.
Johnson
,
ACS Nano
10
,
8700
(
2016
).
30.
S.
Gerber
,
S.-L.
Yang
,
D.
Zhu
,
H.
Soifer
,
J. A.
Sobota
,
S.
Rebec
,
J. J.
Lee
,
T.
Jia
,
B.
Moritz
,
C.
Jia
,
A.
Gauthier
,
Y.
Li
,
D.
Leuenberger
,
Y.
Zhang
,
L.
Chaix
,
W.
Li
,
H.
Jang
,
J.-S.
Lee
,
M.
Yi
,
G. L.
Dakovski
,
S.
Song
,
J. M.
Glownia
,
S.
Nelson
,
K. W.
Kim
,
Y.-D.
Chuang
,
Z.
Hussain
,
R. G.
Moore
,
T. P.
Devereaux
,
W.-S.
Lee
,
P. S.
Kirchmann
, and
Z.-X.
Shen
,
Science
357
,
71
(
2017
).
31.
L.
Wang
,
X.
Ma
, and
Q.-K.
Xue
,
Supercond. Sci. Technol.
29
,
123001
(
2016
).
32.
F.
Hellman
,
A.
Hoffmann
,
Y.
Tserkovnyak
,
G. S. D.
Beach
,
E. E.
Fullerton
,
C.
Leighton
,
A. H.
MacDonald
,
D. C.
Ralph
,
D. A.
Arena
,
H. A.
Dürr
,
P.
Fischer
,
J.
Grollier
,
J. P.
Heremans
,
T.
Jungwirth
,
A. V.
Kimel
,
B.
Koopmans
,
I. N.
Krivorotov
,
S. J.
May
,
A. K.
Petford-Long
,
J. M.
Rondinelli
,
N.
Samarth
,
I. K.
Schuller
,
A. N.
Slavin
,
M. D.
Stiles
,
O.
Tchernyshyov
,
A.
Thiaville
, and
B. L.
Zink
,
Rev. Mod. Phys.
89
,
025006
(
2017
).
33.
C. R.
Woods
,
L.
Britnell
,
A.
Eckmann
,
R. S.
Ma
,
J. C.
Lu
,
H. M.
Guo
,
X.
Lin
,
G. L.
Yu
,
Y.
Cao
,
R. V.
Gorbachev
,
A. V.
Kretinin
,
J.
Park
,
L. A.
Ponomarenko
,
M. I.
Katsnelson
,
Y. N.
Gornostyrev
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
C.
Casiraghi
,
H.-J.
Gao
,
A. K.
Geim
, and
K. S.
Novoselov
,
Nat. Phys.
10
,
451
(
2014
).
34.
K.
Tran
,
G.
Moody
,
F.
Wu
,
X.
Lu
,
J.
Choi
,
K.
Kim
,
A.
Rai
,
D. A.
Sanchez
,
J.
Quan
,
A.
Singh
,
J.
Embley
,
A.
Zepeda
,
M.
Campbell
,
T.
Autry
,
T.
Taniguchi
,
K.
Watanabe
,
N.
Lu
,
S. K.
Banerjee
,
K. L.
Silverman
,
S.
Kim
,
E.
Tutuc
,
L.
Yang
,
A. H.
MacDonald
, and
X.
Li
,
Nature
567
,
71
(
2019
).
35.
C.
Jin
,
E. C.
Regan
,
A.
Yan
,
M.
Iqbal Bakti Utama
,
D.
Wang
,
S.
Zhao
,
Y.
Qin
,
S.
Yang
,
Z.
Zheng
,
S.
Shi
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
S.
Tongay
,
A.
Zettl
, and
F.
Wang
,
Nature
567
,
76
(
2019
).
36.
E. M.
Alexeev
,
D. A.
Ruiz-Tijerina
,
M.
Danovich
,
M. J.
Hamer
,
D. J.
Terry
,
P. K.
Nayak
,
S.
Ahn
,
S.
Pak
,
J.
Lee
,
J. I.
Sohn
,
M. R.
Molas
,
M.
Koperski
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
K. S.
Novoselov
,
R. V.
Gorbachev
,
H. S.
Shin
,
V. I.
Fal’ko
, and
A. I.
Tartakovskii
,
Nature
567
,
81
(
2019
).
37.
M.
Yankowitz
,
S.
Chen
,
H.
Polshyn
,
Y.
Zhang
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
D.
Graf
,
A. F.
Young
, and
C. R.
Dean
,
Science
363
,
1059
(
2019
).
38.
Y.
Cao
,
V.
Fatemi
,
S.
Fang
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
E.
Kaxiras
, and
P.
Jarillo-Herrero
,
Nature
556
,
43
(
2018
).
39.
R.
Yang
,
W.
Luo
,
S.
Chi
,
D.
Bonn
, and
G. M.
Xia
,
IEEE Trans. Nanotechnol.
18
,
37
(
2019
).
40.
M.
Kawai
,
F.
Nabeshima
, and
A.
Maeda
,
J. Phys.: Conf. Ser.
1054
,
012023
(
2018
).
41.
Y.
Tian
,
A. A.
Reijnders
,
G. B.
Osterhoudt
,
I.
Valmianski
,
J. G.
Ramirez
,
C.
Urban
,
R.
Zhong
,
J.
Schneeloch
,
G.
Gu
,
I.
Henslee
, and
K. S.
Burch
,
Rev. Sci. Instrum.
87
,
043105
(
2016
).
42.
G.
Firpo
,
F.
Buatier de Mongeot
,
C.
Boragno
, and
U.
Valbusa
,
Rev. Sci. Instrum.
76
,
026108
(
2005
).
43.
Y.
Tian
,
M. J.
Gray
,
H.
Ji
,
R. J.
Cava
, and
K. S.
Burch
,
2D Materials
3
,
025035
(
2016
).
You do not currently have access to this content.