Nanotynd udskrivning af elektronikhardware kan reducere omkostningerne

Ingeniørforskere har udviklet en 2D-printproces ved hjælp af flydende metaller, som de siger kunne skabe nye måder at skabe mere avanceret og energieffektiv computerhardware, der er fremstillet i nanoskala.

Processen kommer midt i en stigende verdensomspændende efterspørgsel efter hukommelsesenheder, som kræver betydelige mængder energi at producere og bruge.

"At reducere den temperatur, ved hvilken zirconium og hafnium bliver flydende, er afgørende for at udvikle billigere elektriske enheder, da der kræves langt mindre energi," siger Dr. Mohammad Ghasemian, studiets hovedforfatter fra School of Chemical and Biomolecular Engineering.

Udviklet af University of Sydney ingeniører og udgivet i Small , kombinerede forskerne først tin, zirconium og hafnium i et præcist forhold. Dette gjorde det muligt for legeringen at blive smeltet under 500 °C, langt lavere end de individuelle smeltepunkter for zirconium (1.852 °C) og hafnium (2.227 °C).

Den flydende metallegering har et tyndt oxidlag eller 'skorpe', mens den bevarer et væskecenter. Det bruges til at høste de ultratynde nanoplader af tinoxid dopet med hafniumzirconiumoxid.

"Tin er rigeligt, billigt og kan bruges i stor skala til fremstilling af kritiske halvledere, transistorer og hukommelseschips," sagde Dr. Ghasemian.

"Selvom hafniumzirconiumoxid er et velkendt ferroelektrisk materiale, der bruges i applikationer i nanoskala, såsom hukommelsesenheder og sensorer, er det både vanskeligt og dyrt at skaffe nanoark ved hjælp af konventionelle teknikker," sagde han.

Påføring af tin-zirconium-hafnium-legeringen gjorde det muligt for teamet at høste det nanotynde tinoxidlag, der var doteret med hafniumzirconiumoxid gennem eksfoliering - løfte det fra dens væskeoverflade - så det kunne 2D-printes på et substrat som ferroelektriske nanoark. Disse ark er designet til at danne grundlaget for næste generation af computerhardware, fra halvledere til hukommelseschips.

"Tænk på det som en marmor belagt med blæk," sagde Dr. Ghasemian. "Legeringen er som et opløsningsmiddel, der gør det muligt for os at fjerne blækket og derefter bruge det til udskrivning. Vores proces giver os mulighed for at høste dette dyrebare skorpelag og omdanne det til ultratynde ark, som derefter bruges til at fremstille elektronik."

"Det kunne være en ny kilde til funktionelle 2D-materialer, som ikke er tilgængelige med konventionelle metoder. Denne proces giver os mulighed for at introducere ferroelektricitet i meget mindre 2D-metaloxider, hvilket muliggør udviklingen af ​​næste generations nanoelektronik ved lave temperaturer."

Flere oplysninger: Mohammad B. Ghasemian et al., Liquid Metal Doping Induced Asymmetry in Two-Dimensional Metal Oxides, Small (2024). DOI:10.1002/sml.202309924

Journaloplysninger: Lille

Leveret af University of Sydney