Atomintarkkaa 2D-materiaalien integrointia

Monet tutkijaryhmät yrittävät integroida hauraita 2D-materiaaleja laitepiirien rakenteiksi. Kaksiulotteisten ja muiden materiaalien välille muodostuneita koskemattomia van der Waals (vdW) heterorakenteita voidaan käyttää optisten ja elektronisten laitteiden luomiseen.

Heikot vdW-voimat eivät kuitenkaan yksinään mahdollista erilaisten kerrosten suoraa fyysistä pinoamista. Tämän seurauksena vdW-heterorakenteen valmistus vaatii tyypillisesti liuottimia, uhrattavia kerroksia tai korkeita lämpötiloja, jotka voivat aiheuttaa vaurioita ja epäpuhtauksia.

MIT:n tutkijat kumppaneineen ovat osoittaneet, että eräänlaisen liimamatriisin siirto voi poistaa nämä hankaluudet ja tarjota vdW-integraation vdW-voimien rajojen yli. Lähestymistavassa käytetään hybridipintaa, jolla on korkea ja matala adheesio, erottamaan siirtoa ohjaavat voimat kiinnostavan heterorakenteen määrittävistä vdW-voimista.

Tutkijoiden kehittämällä tekniikalla voidaan saavuttaa erilaisten 2D-materiaalien suora vdW-integrointi eristeiden kanssa. Menetelmällä voidaan saavuttaa myös skaalautuva ja kohdistettu heterorakenteen muodostus.

Lähestymistapa mahdollistaa myös yksittäisen 2D-materiaalin ja laitepiirirakenteen välisen integroinnin, kuten yksikerroksisen MoS2-transistorin valmistuksen.

Myös Manchesterin yliopiston tutkijat ovat tehneet läpimurron 2D-kiteiden siirrossa, mikä tasoittaa tietä niiden kaupallistamiselle seuraavan sukupolven elektroniikassa. Tämä uraauurtava tekniikka käyttää täysin epäorgaanista koostamista luodakseen puhtaimpia ja yhtenäisimpiä 2D-materiaalipinoja.

Professori Roman Gorbatšovin johtama työryhmä käytti epäorgaanista kokoamista 2D-kiteiden "poimimiseen ja sijoittamiseen" tarkasti van der Waalsin heterorakenteiksi, joissa oli jopa kahdeksan yksittäistä kerrosta vahvassa tyhjiöympäristössä.

Tämä saavutus johti atomin puhtaisiin rajapintoihin laajoilla alueilla, merkittävän harppauksen eteenpäin verrattuna olemassa oleviin tekniikoihin. Lisäksi uuden koostajarakenteen jäykkyys minimoi tehokkaasti venymän epähomogeenisuuden kootuissa pinoissa, joita aiemmat menetelmät aiheuttivat. Myös aiemmissa menetelmissä käytetyt orgaaniset polymeerikalvot tai mekaaniset tuet siirron apuna aiheuttavat 2D-materiaalin pinnan kontaminaatiota jopa tarkasti valvotuissa puhdastilaympäristöissä.

Mainitut vaikeudet estävät teollisesti elinkelpoisten 2D-materiaaleihin perustuvien elektronisten komponenttien kehittämistä.

"Me kehitimme vaihtoehtoisen hybridileimasimen, joka sisältää joustavan piinitridikalvon mekaanisena tukena ja ultraohuen metallikerroksen tahmeana "liimana" 2D-kiteiden poimimiseen", selvittää tohtori Nick Clark.

"Metallikerroksen avulla voimme poimia varovasti yksittäisen 2D-materiaalin ja sitten "leimata" sen atomisesti tasaisen alapinnan alemmille kiteille. Van der Waalsin voimat tässä täydellisessä rajapinnassa aiheuttavat näiden kiteiden kiinnittymisen aina kahdeksaan kerrokseen asti."

Manchesterin yliopisto ymmärsi läpimurron merkityksen ja pisti patenttihakemuksen vireille sekä menetelmän että laitteen turvaamiseksi.

Aiheesta aiemmin:

Van der Waals:lla 2D-materiaaleista 3D-kiteiksi

Rele grafeenista

Kovalenttisilla sidoksilla 2D-2D-heterorakenteita