Logo Zephyrnet

Trí thông minh dữ liệu tạo

Công nghệ Nano

Các nhà nghiên cứu tích hợp an toàn các vật liệu 2D mỏng manh vào thiết bị

Được xuất bản lại bởi Plato
Được xuất bản lại bởi Plato

Ngày:

Lượt xem: 92
Tháng Mười Hai 08, 2023

(Tin tức Nanowerk) Vật liệu hai chiều, chỉ dày vài nguyên tử, có thể thể hiện một số đặc tính đáng kinh ngạc, chẳng hạn như khả năng mang điện tích cực kỳ hiệu quả, có thể tăng hiệu suất của các thiết bị điện tử thế hệ tiếp theo. Nhưng tích hợp Vật liệu 2D vào các thiết bị và hệ thống như chip máy tính nổi tiếng là khó khăn. Những cấu trúc siêu mỏng này có thể bị phá hủy bởi các kỹ thuật chế tạo thông thường, thường dựa vào việc sử dụng hóa chất, nhiệt độ cao hoặc các quá trình phá hủy như khắc axit. Để vượt qua thách thức này, các nhà nghiên cứu từ MIT và các nơi khác đã phát triển một kỹ thuật mới để tích hợp vật liệu 2D vào thiết bị chỉ trong một bước trong khi vẫn giữ cho bề mặt của vật liệu và giao diện thu được nguyên vẹn và không có khuyết tật.

Chìa khóa chính

  • Kỹ thuật một bước cải tiến được phát triển để tích hợp vật liệu 2D vào các thiết bị điện tử, bảo tồn các đặc tính độc đáo của chúng.
  • Phương pháp này sử dụng lực bề mặt có kích thước nano, tránh hư hỏng từ các quy trình chế tạo thông thường.
  • Việc tạo ra các giao diện không có khuyết tật trong vật liệu 2D giúp nâng cao hiệu suất điện và quang trong các thiết bị điện tử.
  • Phương pháp chế tạo mới cho phép sản xuất các bóng bán dẫn 2D tiên tiến với các chức năng được cải tiến.
  • Nghiên cứu mở ra con đường cho điện toán, cảm biến và điện tử linh hoạt hiệu suất cao sử dụng vật liệu 2D.
    • Vật liệu 2D Màn trình diễn của nghệ sĩ này cho thấy nền tảng tích hợp mới được phát triển. Bằng các lực bề mặt kỹ thuật, các nhà nghiên cứu có thể tích hợp trực tiếp vật liệu 2D vào các thiết bị chỉ bằng một bước tiếp xúc và nhả. (Ảnh: Sampson Wilcox, Phòng thí nghiệm nghiên cứu điện tử)

    Nghiên cứu

    Phương pháp của nhóm dựa vào các lực bề mặt kỹ thuật có sẵn ở cấp độ nano để cho phép vật liệu 2D được xếp chồng lên nhau trên các lớp thiết bị dựng sẵn khác. Vì vật liệu 2D không bị hư hại nên các nhà nghiên cứu có thể tận dụng tối đa các đặc tính điện và quang độc đáo của nó. Họ đã sử dụng phương pháp này để chế tạo các dãy bóng bán dẫn 2D có chức năng mới so với các thiết bị được sản xuất bằng kỹ thuật chế tạo thông thường. Phương pháp của họ đủ linh hoạt để sử dụng với nhiều vật liệu, có thể có những ứng dụng đa dạng trong điện toán hiệu năng cao, cảm biến và điện tử linh hoạt. Cốt lõi của việc mở khóa các chức năng mới này là khả năng hình thành các giao diện rõ ràng, được liên kết với nhau bởi các lực đặc biệt tồn tại giữa mọi vật chất, được gọi là lực van der Waals. Tuy nhiên, việc tích hợp vật liệu van der Waals vào các thiết bị có đầy đủ chức năng không phải lúc nào cũng dễ dàng, Farnaz Niroui, trợ lý giáo sư về kỹ thuật điện và khoa học máy tính (EECS), thành viên của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Điện tử (RLE), và là tác giả chính của cuốn sách, cho biết. một bài báo mới mô tả công việc Cô giải thích: “Sự tích hợp Van der Waals có một giới hạn cơ bản. “Vì các lực này phụ thuộc vào đặc tính bên trong của vật liệu nên chúng không thể điều chỉnh dễ dàng. Kết quả là, có một số vật liệu không thể tích hợp trực tiếp với nhau chỉ bằng tương tác van der Waals. Chúng tôi đã đưa ra một nền tảng để giải quyết giới hạn này nhằm giúp việc tích hợp van der Waals trở nên linh hoạt hơn, nhằm thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị dựa trên vật liệu 2D với các chức năng mới và được cải tiến.” Niroui đã viết bài báo với tác giả chính Peter Satterthwaite, một sinh viên tốt nghiệp ngành kỹ thuật điện và khoa học máy tính; Jing Kong, giáo sư EECS và là thành viên của RLE; và những người khác tại MIT, Đại học Boston, Đại học Quốc gia Thanh Hoa ở Đài Loan, Hội đồng Khoa học và Công nghệ Quốc gia Đài Loan và Đại học Quốc gia Cheng Kung ở Đài Loan. Nghiên cứu được công bố ngày hôm nay trên Tự nhiên Điện tử (“Tích hợp thiết bị Van der Waals vượt quá giới hạn của lực van der Waals bằng cách sử dụng chất nền chuyển giao chất kết dính”).

    Thu hút thuận lợi

    Việc chế tạo các hệ thống phức tạp như chip máy tính bằng kỹ thuật chế tạo thông thường có thể trở nên lộn xộn. Thông thường, một vật liệu cứng như silicon được đục đẽo ở cấp độ nano, sau đó kết nối với các thành phần khác như điện cực kim loại và các lớp cách điện để tạo thành một thiết bị hoạt động. Việc xử lý như vậy có thể gây hư hỏng vật liệu. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào việc xây dựng các thiết bị và hệ thống từ đầu đến cuối, sử dụng vật liệu 2D và quy trình yêu cầu xếp chồng vật lý tuần tự. Theo phương pháp này, thay vì sử dụng keo hóa học hoặc nhiệt độ cao để liên kết vật liệu 2D mỏng manh với bề mặt thông thường như silicon, các nhà nghiên cứu tận dụng lực van der Waals để tích hợp vật lý một lớp vật liệu 2D vào thiết bị. Lực Van der Waals là lực hút tự nhiên tồn tại giữa mọi vật chất. Ví dụ, chân của tắc kè có thể dính vào tường tạm thời do lực van der Waals. Mặc dù mọi vật liệu đều thể hiện tương tác van der Waals, tùy thuộc vào vật liệu, các lực không phải lúc nào cũng đủ mạnh để giữ chúng lại với nhau. Ví dụ, một vật liệu bán dẫn 2D phổ biến được gọi là molybdenum disulfide sẽ dính vào vàng, một kim loại, nhưng sẽ không chuyển trực tiếp sang chất cách điện như silicon dioxide khi chỉ tiếp xúc vật lý với bề mặt đó. Tuy nhiên, các cấu trúc dị thể được tạo ra bằng cách tích hợp các lớp bán dẫn và lớp cách điện là những khối xây dựng chính của một thiết bị điện tử. Trước đây, việc tích hợp này được thực hiện bằng cách liên kết vật liệu 2D với lớp trung gian như vàng, sau đó sử dụng lớp trung gian này để chuyển vật liệu 2D lên chất cách điện, trước khi loại bỏ lớp trung gian bằng hóa chất hoặc nhiệt độ cao. Thay vì sử dụng lớp hy sinh này, các nhà nghiên cứu của MIT nhúng chất cách điện có độ bám dính thấp vào ma trận có độ bám dính cao. Ma trận kết dính này là thứ làm cho vật liệu 2D dính vào bề mặt có độ bám dính thấp được nhúng, cung cấp lực cần thiết để tạo ra giao diện van der Waals giữa vật liệu 2D và chất cách điện.

    Làm ma trận

    Để chế tạo các thiết bị điện tử, chúng tạo thành một bề mặt lai giữa kim loại và chất cách điện trên chất nền mang. Bề mặt này sau đó được bóc ra và lật lại để lộ ra bề mặt trên hoàn toàn nhẵn chứa các khối xây dựng của thiết bị mong muốn. Độ mịn này rất quan trọng vì khoảng cách giữa bề mặt và vật liệu 2D có thể cản trở tương tác van der Waals. Sau đó, các nhà nghiên cứu chuẩn bị vật liệu 2D riêng biệt, trong môi trường hoàn toàn sạch sẽ và đưa nó tiếp xúc trực tiếp với ngăn xếp thiết bị đã chuẩn bị sẵn. “Sau khi bề mặt lai được tiếp xúc với lớp 2D mà không cần bất kỳ nhiệt độ cao, dung môi hoặc lớp hy sinh nào, nó có thể lấy lớp 2D và tích hợp nó với bề mặt. Bằng cách này, chúng tôi đang cho phép tích hợp van der Waals vốn bị cấm theo truyền thống, nhưng giờ đây đã có thể thực hiện được và cho phép hình thành các thiết bị hoạt động đầy đủ chỉ trong một bước,” Satterthwaite giải thích. Quy trình một bước này giữ cho giao diện vật liệu 2D hoàn toàn sạch sẽ, cho phép vật liệu đạt đến giới hạn hiệu suất cơ bản mà không bị cản trở bởi các khiếm khuyết hoặc nhiễm bẩn. Và vì các bề mặt vẫn còn nguyên sơ nên các nhà nghiên cứu có thể thiết kế bề mặt của vật liệu 2D để tạo thành các đặc điểm hoặc kết nối với các thành phần khác. Ví dụ, họ đã sử dụng kỹ thuật này để tạo ra các bóng bán dẫn loại p, thường rất khó chế tạo bằng vật liệu 2D. Các bóng bán dẫn của họ đã được cải thiện dựa trên các nghiên cứu trước đây và có thể cung cấp nền tảng cho việc nghiên cứu và đạt được hiệu suất cần thiết cho các thiết bị điện tử thực tế. chuyển graphene có hoa văn, một tấm carbon dày một nguyên tử, từ chất nền nguồn (ảnh trên cùng) sang polyme kết dính nhận (ảnh dưới) Các lực bề mặt đa dạng có sẵn ở cấp độ nano cho phép các nhà nghiên cứu điều chỉnh việc chuyển ma trận kết dính sang nhiều vật liệu khác nhau. Ví dụ, ở đây, bằng cách sử dụng polyme kết dính, họ có thể chuyển graphene có hoa văn, một tấm carbon dày một nguyên tử, từ chất nền nguồn (ảnh trên cùng) sang polyme kết dính nhận (ảnh dưới cùng). (Hình ảnh: Niroui Group) Cách tiếp cận của họ có thể được thực hiện trên quy mô lớn để tạo ra các mảng thiết bị lớn hơn. Kỹ thuật ma trận kết dính cũng có thể được sử dụng với nhiều loại vật liệu và thậm chí với các lực khác để nâng cao tính linh hoạt của nền tảng này. Ví dụ, các nhà nghiên cứu đã tích hợp graphene lên một thiết bị, tạo thành các giao diện van der Waals mong muốn bằng cách sử dụng ma trận được làm bằng polymer. Trong trường hợp này, độ bám dính phụ thuộc vào các tương tác hóa học chứ không chỉ dựa vào lực van der Waals. Trong tương lai, các nhà nghiên cứu muốn xây dựng trên nền tảng này để cho phép tích hợp thư viện vật liệu 2D đa dạng nhằm nghiên cứu các đặc tính bên trong của chúng mà không bị ảnh hưởng bởi hư hỏng trong quá trình xử lý, đồng thời phát triển nền tảng thiết bị mới tận dụng các chức năng ưu việt này.
    tại chỗ_img

    Tin tức mới nhất

    tại chỗ_img

    Bản quyền @ 2024 Plato Technologies Inc.