Il ricercatore Arne Quellmalz afferma che la nuova tecnica si basa sul toolkit esistente per la produzione di semiconduttori. Credito:Arne Quellmalz, KTH Royal Institute of Technology
Ridurre ulteriormente i semiconduttori consentirebbe un'intera nuova rivoluzione del silicio. Ma poiché è impossibile, la prossima migliore speranza è l'integrazione di semiconduttori con materiali 2D atomicamente sottili, come il grafene, su cui si possono creare circuiti su scala incredibilmente piccola. Un team di ricerca segnala un nuovo metodo per far funzionare questa combinazione notoriamente difficile su scala industriale.
La tecnica è stata segnalata oggi in Comunicazioni sulla natura dai ricercatori del KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma, in collaborazione con RWTH Aachen University, Universität der Bundeswehr München, AMO GmbH e Protemics GmbH, in Germania.
Un affidabile, Un metodo scalabile a livello industriale per l'integrazione di materiali 2-D come il grafene con semiconduttori di silicio aiuterebbe a ridurre l'elettronica e introdurrebbe nuove capacità per la tecnologia dei sensori e la fotonica.
Però, l'integrazione di materiali 2-D nel semiconduttore o in un substrato con elettronica integrata è irta di una serie di sfide. "C'è sempre questa fase critica del trasferimento da uno speciale substrato di crescita al substrato finale su cui si costruiscono sensori o componenti, "dice Arne Quellmalz, un ricercatore in microsistemi fotonici presso KTH.
"Potresti voler combinare un fotorilevatore al grafene per la comunicazione ottica su chip con l'elettronica di lettura del silicio, " dice Quellmalz. "Ma le temperature di crescita di quei materiali sono troppo alte, quindi non puoi farlo direttamente sul substrato del dispositivo."
Un wafer integrato con materiale 2-D. Credito:Arne Quellmalz, KTH Royal Institute of Technology
I metodi sperimentali per trasferire materiale 2-D cresciuto all'elettronica desiderata sono stati afflitti da una serie di carenze, come la degradazione del materiale e le sue proprietà di trasporto elettronico, o per contaminazione del materiale.
Quellmalz afferma che la soluzione risiede negli strumenti esistenti per la produzione di semiconduttori:utilizzare un materiale dielettrico standard chiamato bisbenzociclobutene (BCB), insieme alle tradizionali apparecchiature per l'incollaggio di wafer.
"Fondamentalmente incolliamo i due wafer insieme con una resina fatta di BCB, "dice. "Scaldiamo la resina, fino a diventare viscoso come il miele, e premere il materiale 2-D contro di esso."
Un metodo scalabile per l'integrazione di grandi aree di materiali 2D. Credito:Arne Quellmalz (ammiraglia del grafene/KTH Svezia)
A temperatura ambiente, la resina diventa solida e forma una connessione stabile tra il materiale 2-D e il wafer, lui dice. "Per impilare i materiali, ripetiamo le fasi di riscaldamento e pressatura. La resina diventa di nuovo viscosa e si comporta come un cuscino, o un letto ad acqua, che supporta la pila di strati e si adatta alla superficie del nuovo materiale 2-D."
I ricercatori hanno dimostrato il trasferimento di grafene e bisolfuro di molibdeno (MoS 2 ), come rappresentante dei dicalcogenuri di metalli di transizione, e grafene impilato con nitruro di boro esagonale (hBN) e MoS 2 alle eterostrutture. Secondo quanto riferito, tutti gli strati e le eterostrutture trasferiti erano di alta qualità, questo è, presentavano una copertura uniforme su wafer di silicio di dimensioni fino a 100 millimetri e mostravano poca deformazione nei materiali 2-D trasferiti, la carta afferma.
