Kaksiulotteisia kiekkoalustoille

Elektroniikkateollisuudessa on tutkittu 2D-materiaaleja, jotka voivat johtaa elektroneja paljon tehokkaammin kuin pii. Mutta tarvitaan tapa saada materiaalit sopimaan piikiekoille säilyttäen samalla niiden täydellinen kidemuoto.

Nyt MIT:n johdolla tutkijat ovat kehittäneet menetelmän, jonka avulla siruvalmistajat voivat toteuttaa tämän tarpeen.

"Odotamme teknologiamme mahdollistavan 2D-puolijohdepohjaisten, tehokkaiden seuraavan sukupolven elektronisten rakenteiden kehittämisen", sanoo Jeehwan Kim, MIT:n konetekniikan apulaisprofessori.

2D-materiaalin kuoriminen on lähinnä laboratorioiden tekniikkaa ja niitä voi valmistaa myös kasvattamalla safiirialustalla, jonka atomikuvio kannustaa 2D-materiaalia asettumaan samaan yksikiteiseen suuntaan.

Piikiekoista kuitenkin puuttuu kuitenkin safiirin tapainen tukirakenne, jollin kasvatustulos on satunnainen tilkkutäkki kiteitä, joiden lukuisat raerajat estävät johtavuutta.

Tässä työssä Washington St. Louis yliopiston tutkijat suunnittelivat geometrisen rajausrakenteen, joka helpotti 2D-materiaalin kasvatusta, estäen sen lateraalisen epitaksian muodostumisen ja pakotti sen pystysuoraan kasvuun. Näin saatiin syntymään yksittäinen heteroliitos-TMD rajatulle alueelle kerros kerrokselta kasvattamalla.

"Uskomme, että rajoitettu kasvutekniikkamme voi viedä kaikki 2D-materiaalien fysiikan suuret löydöt kaupallistamisen tasolle sallimalla yhden alueen kerroskerroksisten heteroliittymien rakentamisen kiekkomittakaavassa", toteaa apulaisprofessori Sang-Hoon Bae.

MIT:n tutkijat osoittivat menetelmän toimivan myös kokonaiselle maskikuvioidulle piikiekolle. "Se on erittäin järisyttävä tulos", toteaa MIT:n Jeewan Kim.

Peittomenetelmällä MIT-tiimi valmisti myös yksinkertaisen TMD-transistorin ja osoitti, että sen sähköinen suorituskyky oli yhtä hyvä kuin puhdas hiutale toteutus samasta materiaalista.

Samsung Electronicsin ja Chicagon yliopiston tutkijat ovat äskettäin löytäneet strategian, joka mahdollistaa TMD-pohjaisten kenttätransistorien (FET) luotettavan integroinnin kiekkomittakaavassa.

Heidän ehdottamansa lähestymistapa perustuu adheesiolitografian käyttöön.

Työssään he osoittivat, että kaksiulotteisten materiaalien ja eri alustojen välinen rajapintojen adheesiota voidaan ohjailla ja yhdistämään itse koottuja yksikerroksisia kerroksia erilaisilla päätekemiallisilla menetelmillä.

Tutkijat valmistivat menetelmällä yli 10 000 molybdeenidisulfidista kenttävaikutustransistoria kuuden tuuman kiekkoihin noin 100 %:n saannolla.