Ultrapuhdas valmistustapa 2D-transistoreille

Mikroskooppikuva rakenteesta, jota käytetään karakterisoimaan transistorien ominaisuuksia piireille, jotka on valmistettu ultrapuhtailla siirretyillä kontakteilla. Pitkät säteittäiset viivat, jotka on valmistettu kullasta, yhdistävät laitteen keskellä olevat pienet kontaktit suuriin mittauspädeihin.

Äskettäin löydetyt kaksiulotteiset (2D) materiaalit, joilla on monia ylivertaisia ominaisuuksia, voivat edistää erilaisia elektroniikan tekniikoita, mutta 2D-piirien luominen, joilla on sekä hyvät sähkökontaktit että vakaa suorituskyky, on osoittautunut haasteeksi.

Columbia Engineeringin tutkijat raportoivat, että he ovat osoittaneet lähes ihanteellisen transistorin, joka on valmistettu kaksiulotteisesta materiaalipinosta kehittämällä täysin puhdas ja vaurioitumaton valmistusprosessi.

Heidän menetelmä osoittaa huomattavasti parempaa suorituskykyä verrattuna tavanomaisella prosessilla valmistettuihin 2D-puolijohteisiin ja voisi tarjota skaalautuvan alustan ultrapuhtaiden piirien luomiseksi tulevaisuudessa.

”Piirien tekeminen kaksiulotteisista materiaaleista on sotkuinen liiketoimintaa”, sanoo sähkötekniikan apulaisprofessori James Teherani. ”Rakenteet vaihtelevat karkeasti ajosta ajoon ja usein heikkenevät niin nopeasti, että suorituskyky heikkenee, kun mittaat niitä uudelleen.”

Kun Teheranin ryhmä kyllästyi epäjohdonmukaisiin tuloksiin, he kehittivät paremman tavan tehdä vakaita piirejä. "Joten päätimme erottaa turmeltumaton piiri likaisista valmistusprosesseista, jotka johtavat vaihtelevuuteen," selvittää Terehan.

Kuten uudesta tutkimuksesta käy ilmi, Teherani ja hänen kollegansa kehittivät kaksivaiheisen, erittäin puhtaan nanoteknologian, joka erottaa sotkuiset valmistusvaiheet - ne, joihin liittyy "likaista" metallointia, kemikaaleja ja polymeerejä, joita käytetään sähköliitäntöjen muodostamiseen piiriin - aktiivisesta puolijohdekerroksesta.

Kun he ovat saaneet aikaan sotkuisen valmistusvaiheen, he voivat poimia kontaktit ja siirtää ne puhtaaseen aktiiviseen piirirakenteen kerrokseen säilyttäen molempien kerrosten eheyden.

”Näiden puolijohteiden ohuus on siunaus ja kirous”, Teherani sanoo. ”Vaikka ohuus antaa niille mahdollisuuden olla läpinäkyviä ja ne voidaan irrottaa ja sijoittaa mihin tahansa haluttuun paikkaan, ohuus tarkoittaa myös lähes nolla tilavuutta - laite on lähes kokonaan pinta. Tämän takia mikä tahansa pinnan lika tai kontaminaatio heikentää piiriä.”

Tällä hetkellä useimmat piiri eivät ole kapseloituja kerroksella, joka suojaa pintaa ja kosketuksia kontaminaation aikana valmistuksen aikana. Teheranin tiimi osoitti, että heidän menetelmä ei voi vain suojaa puolijohdekerrosta suorituskyvyn heikkenemiltä ajan mittaan, mutta se voi myös tuottaa korkean suorituskyvyn rakenteita.

Nyt kun tutkijat ovat kehittäneet vakaan, toistettavan prosessin, he käyttävät alustaa sellaisten piirien valmistamiseen, jotka voivat siirtyä laboratoriosta reaalimaailman teknisiin ongelmiin.

”Tehokkaiden 2D-laitteiden kehittäminen edellyttää kyseisten puolijohdemateriaalien kehittymistä”, Teherani lisää. ”Tarkemmat työkalut, kuten meidän, auttavat meitä rakentamaan monimutkaisempia rakenteita, joilla on mahdollisesti enemmän toimivuutta ja parempaa suorituskykyä.”

Aiheesta aiemmin:

Metalli ja puolijohde 2D-elektroniikalle

Näppärä kaksiulotteinen transistorirakenne