Kohti tuotantotasoista itserakentuvaa elektroniikkaa

North Carolina State Universityn tutkijat ovat osoittaneet uuden tekniikan elektronisten laitteiden itsekokoamiseen.

"Nykyiset sirujen valmistustekniikat sisältävät monia vaiheita ja perustuvat äärimmäisen monimutkaisiin teknologioihin, mikä tekee prosessista kallista ja aikaa vievää", sanoo professori Martin Thuo.

”Meidän itsekokoonpanomme on huomattavasti nopeampi ja halvempi. Olemme myös osoittaneet, että voimme käyttää prosessia puolijohdemateriaalien kaistanvälin virittämiseen ja materiaalien tekemiseen valoherkäksi – eli tätä tekniikkaa voidaan käyttää optoelektronisten laitteiden luomiseen.

”Lisäksi nykyisten valmistustekniikoiden tuotto on alhainen mutta meidän lähestymistapa on korkea tuotto.”

Thuo kutsuu uutta itsekokoavaa tekniikkaa ohjatuksi metalli-ligandi reaktioksi (D-Met).

Se alkaa nestemäisistä metallihiukkasista. Tutkijat käyttivät Fieldin metallia, joka on indiumin, vismutin ja tinan seos. Nestemäiset metallihiukkaset asetetaan muotin viereen, joka voidaan tehdä minkä kokoiseksi tai kuvioiseksi tahansa. Liuos kaadetaan sitten nestemäisen metallin päälle. Liuos sisältää ligandimolekyylejä jotka koostuvat hiilestä ja hapesta ja ne keräävät ioneja nestemetallin pinnalta ja pitävät nämä ionit tietyssä geometrisessa kuviossa.

Kun liuos virtaa muottiin, ioneja sisältävät ligandit alkavat koota itseään monimutkaisemmiksi, kolmiulotteisiksi rakenteiksi. Kun rakenne on saavuttanut halutun koon, muotti poistetaan ja rakenne kuumennetaan. Lämpö hajottaa ligandit vapauttaen hiili- ja happiatomit. Metalli-ionit ovat vuorovaikutuksessa hapen kanssa muodostaen puolijohdemetallioksideja, kun taas hiiliatomit muodostavat grafeenilevyjä. Nämä ainesosat koostuvat hyvin järjestyneeksi rakenteeksi, joka koostuu puolijohdemetallioksidin molekyyleistä, jotka on kääritty grafeenilevyihin.

"Grafeenilevyjä voidaan käyttää puolijohteiden kaistavälin virittämiseen, mikä tekee puolijohteesta enemmän tai vähemmän herkän grafeenin laadusta riippuen", sanoo tohtoritutkija Julia Chang.

"D-Met-tekniikan luonteen ansiosta voit valmistaa näitä materiaaleja suuressa mittakaavassa – vain käyttämäsi muotin koko rajoittaa sinua", Thuo sanoo. ”Voit myös ohjata puolijohderakenteita manipuloimalla liuoksessa käytetyn nesteen tyyppiä, muotin mittoja ja liuoksen haihtumisnopeutta.

"Lyhyesti sanottuna olemme osoittaneet, että pystymme itse kokomaan erittäin strukturoituja, erittäin viritettäviä elektronisia materiaaleja käytettäväksi toiminnallisissa elektronisissa laitteissa", Thuo sanoo. "Tämä työ osoitti transistorien ja diodien luomisen. Seuraava askel on käyttää tätä tekniikkaa monimutkaisempien rakenteiden, kuten kolmiulotteisten sirujen, valmistamiseen.

Aiheesta aiemmin:

Laskentaa molekyyleillä

Itserakentuva 3D-akku latautuisi sekunneissa