Forskere forbedrer fremstillingsprocessen af ​​nanostrukturer til elektroniske enheder

Forskere ved RIT har fundet en mere effektiv fremstillingsproces til at producere halvledere, der bruges i nutidens elektroniske enheder. De bekræftede også, at andre materialer end silicium kan bruges med succes i udviklingsprocessen, der kan øge ydeevnen af ​​elektroniske enheder. Denne fremstillingsproces - I-MacEtch, eller omvendt metal-assisteret kemisk ætsningsmetode - kan hjælpe med at imødekomme den voksende efterspørgsel efter mere kraftfulde og pålidelige nanoteknologier, der er nødvendige for solceller, smartphones, telekommunikationsnet og nye applikationer inden for fotonik og kvantecomputere.

"Det nye ved vores arbejde er, at vi for første gang ser på at anvende I-MacEtch-behandling på indium-gallium-phosphid-materialer. I-MacEtch er et alternativ til to konventionelle tilgange og er en teknik, der er blevet brugt i felt - men de materialer, der er blevet udforsket, er ret begrænsede, " sagde parsian Mohseni, assisterende professor i mikrosystemteknik ved RIT's Kate Gleason College of Engineering. Han er også direktør for EINS-laboratoriet på universitetet.

Krav om forbedret computerbehandlingskraft har fået forskere til at udforske både nye processer og andre materialer ud over silicium til fremstilling af elektroniske komponenter, Mohseni forklarede. I-MacEtch-processen kombinerer fordelene ved to traditionelle metoder – vådætsning og reaktiv ionætsning, eller REI. Indium-gallium-phosphid er et af flere materialer, der testes for at komplementere silicium som et middel til at forbedre den nuværende kapacitet af halvlederbehandling.

"Dette er et meget velkendt materiale og har applikationer i elektronik- og solcelleindustrien, " sagde han. "Vi genopfinder ikke hjulet; vi etablerer nye protokoller til behandling af det eksisterende materiale, der er mere omkostningseffektivt, og en mere bæredygtig proces."

Halvlederenheder skabes på wafere gennem en flertrinsproces for at belægge, fjerne eller mønstre ledende materialer. Traditionelle processer er vådætsning, hvor en prøve med blokerede sider nedsænkes i et syrebad for at fjerne stoffer, og reaktiv ionætsning, hvor ioner bombarderer udsatte overflader på waferen for at ændre dens kemiske egenskaber og fjerne materialer i de udsatte områder. Begge er blevet brugt til at udvikle de indviklede elektroniske mønstre på kredsløb og bruge silicium som grundlag for denne type mønstre. Forbedring af mønstermetoder med I-MacEtch kan betyde at reducere fremstillingskompleksiteten af ​​forskellige fotoniske og elektroniske enheder.

Forskere og halvlederfremstillingsforskere har brugt MacEtch i vid udstrækning til at behandle silicium. På samme tid, vurderinger af andre materialer i III-V rækken af ​​individuelle elementer, der kan være befordrende for denne samme type fremstilling med lignende fordele, er i gang. I sin forskning, Mohseni kigger også på forskellige legeringer af disse III-V materialer, nemlig de ternære legeringer såsom indium-gallium-phosphid (InGaP).

Forskningen er beskrevet i det kommende nummer af American Chemical Society's Anvendte materialer og grænseflader tidsskrift fremhæver, hvordan nanofabrikationsmetodikken blev anvendt på InGaP, og hvordan den kan påvirke behandlingen af ​​enhedsapplikationer og generering af høje aspektforhold og nanoskala halvlederfunktioner, sagde Thomas Wilhelm, en ph.d.-studerende i mikrosystemteknik og førsteforfatter på papiret. Den nye behandlingsmetode kan være vigtig i udviklingen af ​​ordnede arrays af strukturer med højt aspektforhold, såsom nanotråde.

For solceller, målet er at minimere forholdet mellem omkostninger og energi, og hvis det er muligt at sænke omkostningerne ved at lave cellen, og øge effektiviteten af ​​det, dette forbedrer enheden generelt. Udforske nye metoder til at fremstille det eksisterende, relevante materialer på en måde, der giver mulighed for hurtigere, billigere og mere kontrolleret forarbejdning ved at kombinere fordelene ved vådætsning og RIE har været i fokus for Mohsenis arbejde. Den forbedrede proces betyder, at man undgår dyre, omfangsrig, farlige behandlingsmetoder.

"Vi bruger en simpel bordopstilling, og vi ender med meget lignende strukturer; faktisk, man kan argumentere for, at de er af højere kvalitet end de strukturer, som vi kan generere med RIE til en brøkdel af omkostningerne og med mindre tid, færre skridt hele vejen igennem, uden de højere temperaturforhold eller dyre instrumentering, " han sagde.