Mindre, mere kraftfulde enheder muligt med ny teknik

At krympe halvledere yderligere ville muliggøre en helt ny siliciumrevolution. Men fordi det er umuligt, det næstbedste håb er at integrere halvledere med 2-D atomisk tynde materialer, såsom grafen, hvorpå kredsløb kan skabes i en utrolig lille skala. Et forskerhold rapporterer om en ny metode til at få denne notorisk vanskelige kombination til at fungere i industriel skala.

Teknikken blev rapporteret i dag i Naturkommunikation af forskere fra KTH Royal Institute of Technology i Stockholm, i samarbejde med RWTH Aachen University, Universität der Bundeswehr München, AMO GmbH og Protemics GmbH, i Tyskland.

En pålidelig, en industriel skalerbar metode til at integrere 2D-materialer såsom grafen med siliciumhalvledere ville hjælpe med at nedskalere elektronik og indvarsle nye muligheder for sensorteknologi og fotonik.

Imidlertid, integrationen af ​​2-D materialer til halvlederen eller et substrat med integreret elektronik er fyldt med en række udfordringer. "Der er altid dette kritiske trin med at overføre fra et specielt vækstsubstrat til det endelige substrat, som du bygger sensorer eller komponenter på, siger Arne Quellmalz, en forsker i fotoniske mikrosystemer på KTH.

"Du vil måske kombinere en grafen-fotodetektor til optisk on-chip-kommunikation med silicium-udlæsningselektronik, " siger Quellmalz. "Men væksttemperaturerne for disse materialer er for høje, så du kan ikke gøre dette direkte på enhedens substrat."

Eksperimentelle metoder til at overføre dyrket 2D-materiale til ønsket elektronik har været behæftet med en række mangler, såsom nedbrydning af materialet og dets elektroniske transportegenskaber, eller ved forurening af materialet.

Quellmalz siger, at løsningen ligger i de eksisterende værktøjssæt til halvlederfremstilling:at bruge et standard dielektrisk materiale kaldet bisbenzocyclobuten (BCB), sammen med konventionelt wafer bonding udstyr.

"Vi limer stort set de to wafers sammen med en harpiks lavet af BCB, " siger han. "Vi opvarmer harpiksen, indtil det bliver tyktflydende som honning, og tryk 2D-materialet mod det."

Ved stuetemperatur, harpiksen bliver fast og danner en stabil forbindelse mellem 2-D materialet og waferen, han siger. "At stable materialer, vi gentager trinene med opvarmning og presning. Harpiksen bliver igen tyktflydende og opfører sig som en pude, eller en vandseng, som understøtter lagstakken og tilpasser sig overfladen af ​​det nye 2-D materiale."

Forskerne demonstrerede overførslen af ​​grafen og molybdændisulfid (MoS ₂ ), som repræsentant for overgangsmetal dichalcogenider, og stablet grafen med hexagonalt bornitrid (hBN) og MoS ₂ til heterostrukturer. Alle overførte lag og heterostrukturer var angiveligt af høj kvalitet, det er, de havde ensartet dækning over op til 100 millimeter størrelse siliciumwafere og udviste en lille belastning i de overførte 2-D materialer, oplyser avisen.