Het nog verder krimpen van halfgeleiders zou een geheel nieuwe siliciumrevolutie mogelijk maken. Maar omdat dat niet kan, de volgende beste hoop is het integreren van halfgeleiders met 2-D atomair dunne materialen, zoals grafeen, waarop circuits kunnen worden gemaakt op een ongelooflijk kleine schaal. Een onderzoeksteam rapporteert een nieuwe methode om deze notoir moeilijke combinatie op industriële schaal te laten werken.

De techniek werd vandaag gemeld in Natuurcommunicatie door onderzoekers van KTH Royal Institute of Technology in Stockholm, in samenwerking met RWTH Aachen University, Universität der Bundeswehr München, AMO GmbH en Protemics GmbH, in Duitsland.

Een betrouwbaar, industrieel schaalbare methode voor het integreren van 2D-materialen zoals grafeen met siliciumhalfgeleiders zou de elektronica helpen verkleinen en nieuwe mogelijkheden voor sensortechnologie en fotonica inluiden.

Echter, de integratie van 2D-materialen in de halfgeleider of een substraat met geïntegreerde elektronica brengt een aantal uitdagingen met zich mee. "Er is altijd een cruciale stap om over te stappen van een speciaal groeisubstraat naar het uiteindelijke substraat waarop je sensoren of componenten bouwt, " zegt Arne Quellmalz, een onderzoeker in fotonische microsystemen bij KTH.

"Misschien wil je een grafeen-fotodetector combineren voor optische on-chip communicatie met silicium uitleeselektronica, ", zegt Quellmalz. "Maar de groeitemperaturen van die materialen zijn te hoog, dus u kunt dit niet rechtstreeks op het apparaatsubstraat doen."

Experimentele methoden voor het overbrengen van gegroeid 2D-materiaal naar de gewenste elektronica zijn geplaagd door een aantal tekortkomingen, zoals degradatie van het materiaal en zijn elektronische transporteigenschappen, of door vervuiling van het materiaal.

Quellmalz zegt dat de oplossing ligt in de bestaande toolkits voor de productie van halfgeleiders:om een ​​standaard diëlektrisch materiaal te gebruiken dat bisbenzocyclobuteen (BCB) wordt genoemd, samen met conventionele apparatuur voor het plakken van wafels.

"We lijmen de twee wafels eigenlijk aan elkaar met een hars gemaakt van BCB, "zegt hij. "We verhitten de hars, totdat het stroperig wordt als honing, en druk het 2D-materiaal er tegenaan."

Op kamertemperatuur, de hars wordt vast en vormt een stabiele verbinding tussen het 2D-materiaal en de wafer, hij zegt. "Om materialen te stapelen, we herhalen de stappen van verwarmen en persen. De hars wordt weer stroperig en gedraagt ​​zich als een kussen, of een waterbed, die de lagenstapel ondersteunt en zich aanpast aan het oppervlak van het nieuwe 2D-materiaal."

De onderzoekers toonden de overdracht van grafeen en molybdeendisulfide (MoS ₂ ), als vertegenwoordiger voor overgangsmetaaldichalcogeniden, en gestapeld grafeen met hexagonaal boornitride (hBN) en MoS ₂ naar heterostructuren. Alle overgedragen lagen en heterostructuren waren naar verluidt van hoge kwaliteit, dat is, ze hadden een uniforme dekking over siliciumwafels tot 100 millimeter en vertoonden weinig spanning in de overgedragen 2D-materialen, de krant stelt.