Ny teknik kan betyde super tynd, stærke grafen-baserede kredsløb

(Phys.org)—Integrerede kredsløb, som er i alt fra kaffemaskiner til computere og er mønstret af perfekt krystallinsk silicium, er ret tynde - men Cornell-forskere tror, ​​de kan skubbe grænser for tynde film til enkeltatom-niveau.

Deres valgte materialer er grafen, enkelt atom-tykke lag af gentagne kulstofatomer, og sekskantet bornitrid, tilsvarende tynde plader af gentagne bor- og nitrogenatomer. Forskere ledet af Jiwoong Park, adjunkt i kemi og kemisk biologi, har opfundet en måde at mønstre enkeltatomfilm af grafen og bornitrid, en isolator, uden brug af et siliciumsubstrat. Arbejdet er detaljeret beskrevet i en artikel i tidsskriftet Nature, offentliggjort online 30. august.

Teknikken, som de kalder mønstret genvækst, kan føre til substratfrit, atomisk tynde kredsløb - så tynde, de kunne flyde på vand eller gennem luft, men med trækstyrke og førsteklasses elektrisk ydeevne.

"Vi ved, hvordan man dyrker grafen i enkelt atom-tykke film, og vi ved, hvordan man dyrker bornitrid, " sagde Park. "Men kan vi bringe dem sammen side og side? Og når du bringer dem sammen, hvad sker der ved deres vejkryds?"

Det viser sig, forskeres mønstrede genvækst, som udnytter den samme grundlæggende fotolitografiteknologi, der bruges i siliciumwaferbehandling, tillader grafen og bornitrid at vokse i perfekt flade, strukturelt glatte film - ingen folder eller ujævnheder, som et godt strikket tørklæde - som, hvis det kombineres med finalen, endnu ikke realiseret trin med at introducere et halvledermateriale, kunne føre til det første atom tynde integrerede kredsløb.

Simpelt er virkelig smukt, især i tilfælde af tynde film, fordi fotolitografi er en veletableret teknik, der danner grundlag for at lave integrerede kredsløb ved at lægge materialer, et lag ad gangen, på fladt silicium.

Mønstret genvækst er lidt som stenciling, sagde Park. Han og hans kolleger dyrkede først grafen på kobber og brugte fotolitografi til at eksponere grafen på udvalgte områder, afhængig af det ønskede mønster. De fyldte den blottede kobberoverflade med bornitrid, isolatoren, som vokser på kobber og "fylder hullerne meget flot ud."

"Til sidst, det danner en meget flot klud, du bare piller af, " sagde Park.

Forskerholdet, som inkluderer David A. Muller, professor i anvendt og teknisk fysik, arbejder på at bestemme, hvilket materiale der bedst ville fungere sammen med tynde film af grafen-bornitrid for at udgøre det endelige halvledende lag, der kunne gøre filmene til egentlige enheder.

Holdet blev hjulpet af allerede at være dygtige til at lave grafen - stadig relativt nyt i materialeverdenen - samt Mullers ekspertise i karakterisering af elektronmikroskopi på nanoskala. Muller hjalp teamet med at bekræfte, at sidekrydsene mellem de to materialer var, Ja, glat og godt forbundet.

Avisens co-first forfattere var kemi kandidatstuderende Mark Levendorf og postdoc associeret Cheol-Joo Kim, som fremstillede grafen- og bornitridprøverne og også udførte den mønstrede genvækst på Cornell NanoScale Science and Technology Facility.

Arbejdet blev primært støttet af Air Force Office of Scientific Research, og National Science Foundation gennem Cornell Center for Materials Research.