science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Onderzoekers verbeteren fabricageproces van nanostructuren voor elektronische apparaten

Halfgeleiderapparaten worden op wafels gemaakt via een meerstapsproces om te coaten, geleidende materialen verwijderen of van een patroon voorzien. Krediet:Rochester Institute of Technology

Onderzoekers van het RIT hebben een efficiënter fabricageproces gevonden om halfgeleiders te produceren die in de hedendaagse elektronische apparaten worden gebruikt. Ze bevestigden ook dat andere materialen dan silicium met succes kunnen worden gebruikt in het ontwikkelingsproces dat de prestaties van elektronische apparaten zou kunnen verbeteren. Dit fabricageproces - de I-MacEtch, of inverse metaalondersteunde chemische etsmethode - kan helpen voldoen aan de groeiende vraag naar krachtigere en betrouwbaardere nanotechnologieën die nodig zijn voor zonnecellen, smartphones, telecommunicatienetwerken en nieuwe toepassingen in fotonica en quantum computing.

"Het nieuwe aan ons werk is dat we voor het eerst kijken naar het toepassen van I-MacEtch-verwerking op indium-gallium-fosfidematerialen. I-MacEtch is een alternatief voor twee conventionele benaderingen en is een techniek die is gebruikt in de veld, maar de materialen die zijn onderzocht zijn vrij beperkt, " zei Parsian Mohseni, assistent-professor microsysteemtechniek aan het Kate Gleason College of Engineering van RIT. Hij is ook directeur van het EINS-laboratorium aan de universiteit.

De vraag naar verbeterde computerverwerkingskracht heeft ertoe geleid dat onderzoekers zowel nieuwe processen als andere materialen buiten silicium hebben onderzocht om elektronische componenten te produceren, Mohseni legde het uit. Het I-MacEtch-proces combineert de voordelen van twee traditionele methoden:nat etsen en reactief ionen-etsen, of REI. Indium-gallium-fosfide is een van de vele materialen die worden getest als aanvulling op silicium als middel om de huidige capaciteit van halfgeleiderverwerking te verbeteren.

"Dit is een zeer bekend materiaal en heeft toepassingen in de elektronica- en zonnecelindustrie, ' zei hij. 'We vinden het wiel niet opnieuw uit; we stellen nieuwe protocollen op voor het behandelen van het bestaande materiaal dat kosteneffectiever is, en een duurzamer proces."

Halfgeleiderapparaten worden op wafels gemaakt via een meerstapsproces om te coaten, geleidende materialen verwijderen of van een patroon voorzien. Traditionele processen zijn nat etsen, waarbij een monster met geblokkeerde aspecten wordt ondergedompeld in een zuurbad om stoffen te verwijderen, en reactief ionenetsen, waar ionen blootgestelde oppervlakken op de wafer bombarderen om de chemische eigenschappen te veranderen en materialen in die blootgestelde gebieden te verwijderen. Beide zijn gebruikt om de ingewikkelde elektronische patronen op circuits te ontwikkelen en silicium te gebruiken als basis voor dit soort patronen. Het verbeteren van patroonvormingsmethoden door I-MacEtch zou kunnen betekenen dat de fabricagecomplexiteit van verschillende fotonische en elektronische apparaten wordt verminderd.

Onderzoekers en wetenschappers op het gebied van halfgeleiderfabricage hebben MacEtch uitgebreid gebruikt voor het verwerken van silicium. Tegelijkertijd, beoordelingen van andere materialen in het III-V-assortiment van individuele elementen die bevorderlijk kunnen zijn voor hetzelfde type fabricage met vergelijkbare voordelen zijn aan de gang. In zijn onderzoek, Mohseni kijkt ook naar verschillende legeringen van die III-V-materialen, namelijk de ternaire legeringen zoals indium-gallium-fosfide (InGaP).

Het onderzoek gedetailleerd in het komende nummer van de American Chemical Society's Toegepaste materialen en interfaces tijdschrift belicht hoe de nanofabricagemethodologie werd toegepast op InGaP en hoe deze van invloed kan zijn op de verwerking van apparaattoepassingen en het genereren van hoge beeldverhoudingen en halfgeleiderfuncties op nanoschaal, zei Thomas Wilhelm, een doctoraalstudent microsysteemtechniek en eerste auteur van het artikel. De nieuwe verwerkingsmethode kan belangrijk zijn bij de ontwikkeling van geordende arrays van structuren met een hoge aspectverhouding, zoals nanodraden.

Voor zonnecellen, het doel is om de verhouding tussen kosten en geproduceerd vermogen te minimaliseren, en als het mogelijk is om de kosten van het maken van de cel te verlagen, en het verhogen van de efficiëntie ervan, dit verbetert het apparaat in het algemeen. Het verkennen van nieuwe methoden voor het fabriceren van de bestaande, relevante materialen op een manier die snellere, minder dure en meer gecontroleerde verwerking door de voordelen van nat etsen en RIE te combineren, was de focus van Mohseni's werk. Het verbeterde proces betekent het vermijden van dure, omvangrijk, gevaarlijke verwerkingsmethoden.

"We gebruiken een eenvoudige tafelopstelling en we eindigen met zeer vergelijkbare structuren; in feite, men kan stellen dat ze van hogere kwaliteit zijn dan de structuren die we met RIE kunnen genereren voor een fractie van de kosten en met minder tijd, overal minder stappen, zonder de hogere temperatuuromstandigheden of dure instrumentatie, " hij zei.