Een internationaal team van onderzoekers heeft een doorbraak gemeld in het fabriceren van atoomdunne processors - een ontdekking die verstrekkende gevolgen zou kunnen hebben voor de productie van nanoschaalchips en in laboratoria over de hele wereld waar wetenschappers 2D-materialen onderzoeken voor steeds kleinere en -snellere halfgeleiders.

Het team, onder leiding van de New York University Tandon School of Engineering Professor of Chemical and Biomolecular Engineering Elisa Riedo, schetste de onderzoeksresultaten in het laatste nummer van Natuur Elektronica .

Ze toonden aan dat lithografie met een sonde die boven 100 graden Celsius werd verwarmd, beter presteerde dan standaardmethoden voor het vervaardigen van metalen elektroden op 2D-halfgeleiders zoals molybdeendisulfide (MoS2). Dergelijke overgangsmetalen behoren tot de materialen waarvan wetenschappers denken dat ze silicium kunnen verdringen voor atomair kleine chips. De nieuwe fabricagemethode van het team - thermische scanning probe lithografie (t-SPL) genaamd - biedt een aantal voordelen ten opzichte van de huidige elektronenstraallithografie (EBL).

Eerst, thermische lithografie verbetert de kwaliteit van de 2D-transistoren aanzienlijk, het compenseren van de Schottky-barrière, die de stroom van elektronen belemmert op de kruising van metaal en het 2-D-substraat. Ook, in tegenstelling tot EBL, de thermische lithografie stelt chipontwerpers in staat om eenvoudig de 2D-halfgeleider in beeld te brengen en vervolgens de elektroden waar gewenst van een patroon te voorzien. Ook, t-SPL-fabricagesystemen beloven aanzienlijke initiële besparingen en operationele kosten:ze verminderen het stroomverbruik drastisch door te werken in omgevingsomstandigheden, waardoor de noodzaak om hoogenergetische elektronen te produceren en een ultrahoog vacuüm te genereren, wordt geëlimineerd. Eindelijk, deze thermische fabricagemethode kan eenvoudig worden opgeschaald voor industriële productie door parallelle thermische sondes te gebruiken.

Riedo sprak de hoop uit dat t-SPL de meeste fabricage uit schaarse cleanrooms - waar onderzoekers moeten strijden om tijd met de dure apparatuur - naar individuele laboratoria zal halen, waar ze materiaalwetenschap en chipontwerp snel kunnen bevorderen. Het precedent van 3D-printers is een toepasselijke analogie:ooit zullen deze t-SPL-tools met een resolutie van minder dan 10 nanometer, draaiend op standaard 120 volt stroom in omgevingsomstandigheden, zou op dezelfde manier alomtegenwoordig kunnen worden in onderzoekslaboratoria zoals die van haar.

"Patterning van metalen contacten op monolaag MoS2 met verdwijnende Schottky-barrières met behulp van thermische nanolithografie" verschijnt in de januari 2019-editie van Natuur Elektronica en is toegankelijk via http://dx.doi.org/10.1038/s41928-018-0191-0 met een "News &Views"-analyse op https://www.nature.com/articles/s41928-018-0197 -7.

Riedo's werk aan thermische sondes dateert van meer dan een decennium, eerst met IBM Research-Zürich en vervolgens SwissLitho, opgericht door voormalige IBM-onderzoekers. Voor het huidige onderzoek is een proces ontwikkeld op basis van een SwissLitho-systeem. Ze begon thermische lithografie voor metaalnanofabricage te onderzoeken aan het Graduate Center Advanced Science Research Center (ASRC) van de City University of New York (CUNY), werken samen met co-eerste auteurs van het papier, Xiaorui Zheng en Annalisa Calò, die nu postdoctoraal onderzoeker zijn aan de NYU Tandon; en Edoardo Albisetti, die in het Riedo-team werkte met een Marie Curie Fellowship.