2023 年 12 月 08 日

(Nanowerkニュース) 原子数個の厚さしかない二次元材料は、電荷を極めて効率的に運ぶ能力などの驚くべき特性を示すことがあり、これにより次世代の電子デバイスの性能が向上する可能性があります。 しかし統合する 2Dマテリアル コンピュータチップのようなデバイスやシステムに組み込むのは難しいことで知られています。 これらの極薄構造は、化学物質、高温、またはエッチングなどの破壊的なプロセスの使用に依存することが多い従来の製造技術によって損傷を受ける可能性があります。 この課題を克服するために、MIT などの研究者らは、材料の表面とその結果得られる界面を清浄で欠陥のない状態に保ちながら、ワンステップで 2D 材料をデバイスに統合する新しい技術を開発しました。

主要な取り組み

2D 材料を電子デバイスに統合し、その固有の特性を維持するために開発された革新的なシングルステップ技術。

この方法はナノスケールの表面力を利用し、従来の製造プロセスによる損傷を回避します。

2D 材料で欠陥のない界面を作成すると、電子デバイスの電気的および光学的性能が向上します。

新しい製造アプローチにより、機能が向上した高度な 2D トランジスタの製造が可能になります。

研究により、2D 材料を使用した高性能コンピューティング、センシング、およびフレキシブル エレクトロニクスへの道が開かれます。

このアーティストの表現では、新しく開発された統合プラットフォームが示されています。 表面力を操作することで、研究者は 2 回の接触とリリースのステップで XNUMXD 材料をデバイスに直接組み込むことができます。 (画像: サンプソン・ウィルコックス、電子工学研究所)

リサーチ

研究チームの手法は、ナノスケールで利用可能な工学的な表面力を利用して、2D 材料を他の事前構築されたデバイス層に物理的に積層できるようにしています。 2D 材料は損傷を受けていないため、研究者はその独特の光学的および電気的特性を最大限に活用できます。 彼らはこのアプローチを使用して、従来の製造技術を使用して製造されたデバイスと比較して新しい機能を実現する 2D トランジスタのアレイを製造しました。 彼らの手法は多くの材料に使用できる汎用性があり、高性能コンピューティング、センシング、およびフレキシブルエレクトロニクスにおいて多様な応用が可能となる可能性があります。 これらの新しい機能のロックを解除するための核心は、ファンデルワールス力と呼ばれる、すべての物質の間に存在する特別な力によって保持されるきれいな界面を形成する能力です。 しかし、このような材料の完全に機能するデバイスへのファンデルワールス統合は必ずしも容易ではない、と電気工学およびコンピュータサイエンス (EECS) の助教授であり、エレクトロニクス研究所 (RLE) のメンバーであり、仕事について説明した新しい論文。 「ファンデルワールス積分には根本的な限界があります」と彼女は説明します。 「これらの力は材料の固有の特性に依存するため、簡単に調整することはできません。 その結果、ファンデルワールス相互作用のみを使用して相互に直接統合できない材料がいくつか存在します。 私たちは、ファンデルワールス統合をより多用途にし、新しく改善された機能を備えた 2D マテリアルベースのデバイスの開発を促進するために、この制限に対処するプラットフォームを考案しました。」 ニロウイは、電気工学およびコンピュータサイエンスの大学院生で筆頭著者のピーター・サタースウェイトとともに論文を執筆した。 Jing Kong 氏、EECS 教授、RLE 会員。 他には、MIT、ボストン大学、台湾の国立清華大学、台湾国家科学技術委員会、台湾の国立成功大学などがあります。 この研究は本日、 ネイチャーエレクトロニクス (「接着剤マトリックス転写を使用したファンデルワールス力の限界を超えたファンデルワールスデバイスの統合」).

お得なアトラクション

従来の製造技術を使用してコンピューター チップなどの複雑なシステムを作成すると、面倒になる可能性があります。 通常、シリコンのような硬い材料をナノスケールまで削り、金属電極や絶縁層などの他のコンポーネントと接合してアクティブデバイスを形成します。 このような加工は素材にダメージを与える可能性があります。 最近、研究者は、2D 材料と連続的な物理的スタッキングを必要とするプロセスを使用して、デバイスとシステムをボトムアップで構築することに焦点を当てています。 このアプローチでは、化学接着剤や高温を使用して脆弱な 2D 材料をシリコンなどの従来の表面に接着するのではなく、ファンデルワールス力を利用して 2D 材料の層をデバイス上に物理的に統合します。 ファンデルワールス力は、すべての物質間に存在する自然引力です。 たとえば、ファンデルワールス力により、ヤモリの足が一時的に壁に張り付くことがあります。 すべての材料はファンデルワールス相互作用を示しますが、材料によっては、その力が常にそれらを結合するのに十分強いとは限りません。 たとえば、二硫化モリブデンとして知られる一般的な半導体 2D 材料は、金属である金に付着しますが、その表面と物理的に接触しただけでは、二酸化シリコンなどの絶縁体に直接転写することはありません。 ただし、半導体層と絶縁層を統合することによって作成されるヘテロ構造は、電子デバイスの重要な構成要素です。 これまで、この統合は、2D 材料を金などの中間層に接着し、この中間層を使用して 2D 材料を絶縁体上に転写し、その後化学薬品または高温を使用して中間層を除去することで可能でした。 MITの研究者らは、この犠牲層を使用する代わりに、低接着性の絶縁体を高接着性のマトリックスに埋め込んだ。 この接着性マトリックスは、2D 材料を埋め込まれた低接着性の表面に貼り付けるもので、2D 材料と絶縁体の間にファンデルワールス界面を作成するために必要な力を提供します。

マトリックスの作成

電子デバイスを製造するには、キャリア基板上に金属と絶縁体のハイブリッド表面を形成します。 次に、この表面を剥がして裏返すと、目的のデバイスの構成要素を含む完全に滑らかな上面が現れます。 表面と 2D マテリアルの間に隙間があるとファン デル ワールス相互作用が妨げられる可能性があるため、この滑らかさは重要です。 次に、研究者らは完全にクリーンな環境で 2D 材料を個別に準備し、準備されたデバイススタックと直接接触させます。 「ハイブリッド表面が 2D 層と接触すると、高温、溶剤、犠牲層を必要とせず、2D 層をピックアップして表面と統合できます。 このようにして、従来は禁止されていたファンデルワールス統合が可能になりましたが、現在は可能であり、完全に機能するデバイスを 2 ステップで形成することができます」とサタースウェイト氏は説明します。 この単一ステップのプロセスにより、2D 材料の界面が完全にクリーンに保たれるため、材料は欠陥や汚染によって妨げられることなく、基本的な性能限界に到達することができます。 また、表面も元の状態のままであるため、研究者は 2D マテリアルの表面を加工して、特徴や他のコンポーネントとの接続を形成することができます。 たとえば、彼らはこの技術を使用して、一般に XNUMXD 材料で作成するのが難しい p 型トランジスタを作成しました。 彼らのトランジスタは以前の研究を改良しており、実用的なエレクトロニクスに必要な性能を研究し達成するためのプラットフォームを提供できます。 ナノスケールで利用可能な多様な表面力により、研究者は接着剤マトリックスの転写をさまざまな材料に適応させることができます。 たとえば、ここでは接着性ポリマーを使用することで、原子 XNUMX 個の厚さの炭素シートであるパターン化されたグラフェンをソース基板 (上の画像) から受け取り側の接着性ポリマー (下の画像) に転写することができます。 (画像: Niroui Group) 彼らのアプローチは、より大きなデバイスのアレイを作成するために大規模に実行できます。 接着マトリックス技術は、さまざまな材料や他の力にも使用して、このプラットフォームの多用途性を高めることができます。 たとえば、研究者らは次のことを統合しました。 グラフェン ポリマーで作られたマトリックスを使用して、デバイス上に目的のファンデルワールス界面を形成します。 この場合、接着はファンデルワールス力だけではなく化学相互作用に依存します。 将来的に研究者らは、このプラットフォームを基盤にして、2D 材料の多様なライブラリを統合して、加工損傷の影響を受けることなく固有の特性を研究し、これらの優れた機能を活用する新しいデバイス プラットフォームを開発できるようにしたいと考えています。

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• PlatoData.Network 垂直生成 Ai。 自分自身に力を与えましょう。 こちらからアクセスしてください。
• プラトアイストリーム。 Web3 インテリジェンス。 知識増幅。 こちらからアクセスしてください。
• プラトンESG。 カーボン、 クリーンテック、 エネルギー、 環境、 太陽、 廃棄物管理。 こちらからアクセスしてください。
• プラトンヘルス。 バイオテクノロジーと臨床試験のインテリジェンス。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=64217.php