Автор AZoNano 11 февраля 2021 г.

Двумерные (2D) материалы обладают огромным потенциалом для создания устройств с гораздо меньшими размерами и расширенными функциональными возможностями по сравнению с тем, что может быть достигнуто с помощью современных кремниевых технологий. Но чтобы использовать этот потенциал, мы должны иметь возможность интегрировать 2D-материалы в производственные линии полупроводников – заведомо трудный шаг. Команда исследователей Graphene Flagship из Швеции и Германии теперь сообщает о новом методе выполнения этой работы.

Метод, только что опубликованный в Nature Communications исследователями из компании Graphene Flagship, RWTH Aachen University, Universität der Bundeswehr München и AMO GmbH, в Германии, ассоциированного члена Graphene Flagship, Королевского технологического института KTH, Швеция , в сотрудничестве с Protemics GmbH.

Интеграция 2D-материалов с кремнием или с подложкой со встроенной электроникой представляет ряд проблем. « Всегда есть критический этап перехода от особого субстрата для выращивания к окончательному субстрату, на котором вы строите датчики или компоненты», – говорит Арне Квеллмальц, исследователь из Graphene Flagship Associate Member KTH и ведущий автор статьи.

«Возможно, вы захотите объединить графеновый фотодетектор для оптической связи внутри кристалла с кремниевой считывающей электроникой, но температура роста этих материалов слишком высока, поэтому вы не можете сделать это непосредственно на подложке устройства. "

До сих пор большинство экспериментальных методов переноса 2D-материалов с их ростовой подложки на желаемую электронику либо несовместимы с массовым производством, либо приводят к значительному ухудшению 2D-материала и его электронных свойств.

Прелесть решения, предложенного Квеллмальцем и его сотрудниками, заключается в том, что оно заключается в существующем наборе инструментов для производства полупроводников: в использовании стандартного диэлектрического материала, называемого бисбензоциклобутеном (BCB), наряду с обычным оборудованием для соединения пластин.

« Мы в основном склеиваем две пластины вместе с помощью смолы из BCB, », – объясняет Квеллмальц. «Мы нагреваем смолу, пока она не станет вязкой, как мед, и прижимаем к ней 2D-материал».

При комнатной температуре смола становится твердой и образует стабильное соединение между 2D-материалом и пластиной, – говорит он. «Чтобы укладывать материалы в стопку, мы повторяем этапы нагрева и прессования. Смола снова становится вязкой и ведет себя как подушка или водяная кровать, которая поддерживает набор слоев и адаптируется к поверхности нового 2D-материала».

Исследователи продемонстрировали перенос графена и дисульфида молибдена (MoS2), как представителя дихалькогенидов переходных металлов, и многослойного графена с гексагональным нитридом бора (hBN) и MoS2 в гетероструктуры.

По сообщениям, все перенесенные слои и гетероструктуры были высокого качества, то есть они имели равномерное покрытие кремниевых пластин размером до 100 миллиметров и демонстрировали небольшую деформацию перенесенных 2D-материалов.

«Наш метод переноса в принципе применим к любому 2D-материалу, независимо от размера и типа субстрата для выращивания», – говорит профессор Макс Лемме, партнер Graphene Flagship, AMO GmbH и RWTH Aachen University. .

«И поскольку он полагается только на инструменты и методы, которые уже распространены в полупроводниковой промышленности, он может существенно ускорить появление на рынке устройств нового поколения, в которых 2D-материалы интегрированы поверх обычных интегральные схемы или микросистемы. Эта работа является важным шагом на пути к этой цели, и, хотя еще много проблем остается, диапазон потенциальных приложений велик: от фотоники до зондирования и нейроморфных вычислений. Интеграция 2D-материалов могла бы стать настоящей игрой -изменитель европейской индустрии высоких технологий »

Недавно Европейская комиссия запустила проект стоимостью 20 миллионов евро, призванный преодолеть разрыв между производством в лабораторных условиях и крупносерийным производством электронных устройств на основе двумерных материалов, – флагманской экспериментальной экспериментальной линии 2D Graphene (2D-EPL). «Этот документ является хорошим примером работы, которую мы выполняем в рамках проекта 2D-EPL – говорит Седрик Хюйгебаерт, руководитель программы исследовательских материалов и интеграции модулей в imec и технический руководитель проекта 2D-EPL. проект

«Это одна из наших неотложных задач на данный момент – разработка наборов инструментов и руководств по проектированию для производства устройств на основе 2D-материалов, совместимых со стандартами полупроводниковой промышленности» – говорит Хюйгеберт. «Следующим шагом будет демонстрация потенциала этих процессов для производства инновационных датчиков и оптоэлектронных устройств на экспериментальной линии»

Источник: https://graphene-flagship.eu/