一种更精确的制造纳米级机电设备的新方法

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由硅芯片上的原子薄材料制成的纳米电子器件。

伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的一支由多学科科学家和工程师组成的团队发现了一种新的,更精确的制造纳米级机电设备的方法。他们的研究结果发表在《自然通讯》上。

“过去五年来,淘金热席卷全球,研究人员发现,我们可以制造自然厚度仅为一个分子但可以具有许多不同电子特性的二维材料,并将它们彼此堆叠,我们几乎可以用分子大小设计任何电子设备,”机械科学与工程学教授Arend van der Zande说。

他说:“挑战是,尽管我们可以将这些结构减小到几个分子的厚度,但我们无法对它们进行图案化。”

在任何规模的电子设备上,都以精确的图案蚀刻掉层以控制电流的流动方式。范德赞德说:“这一概念是许多技术的基础,例如集成电路。但是,越小,做起来就越困难。”

“例如,您如何在原子层的第三和第五层进行电接触,而不在第四层进行电接触?”

偶然的发现导致了一种做到这一点的方法。

作为范德赞德实验室的一名新博士后研究员,当杨吉普·桑格偶然碰巧将另一种材料“六方氮化硼”(hBN)“投入”时,他正在使用二氟化氙XeF2在单层石墨烯上进行一些实验。绝缘子。

“ Jangyup同时将两种材料推入蚀刻室,他看到的是单层石墨烯仍在那里,但是厚厚的hBN被二氟化氙完全蚀刻掉了。”

这个偶然的发现使团队发现了可以在哪里应用石墨烯的耐腐蚀剂能力。

“这项发现使我们能够通过在其他材料(例如六方氮化硼(hBN),过渡金属二卤化金属(TMDC)和黑磷(BP))之间放置石墨烯层来对二维结构进行图案化,以选择性地精确蚀刻一层而不腐蚀下面的层。”

石墨烯在暴露于蚀刻剂XeF2时保留其分子结构并掩盖或保护下面的层,并实际上停止蚀刻。

他说:“我们发现的是一种将复杂的结构图案化到分子和原子尺度的方法。”

为了探索新技术的优势,该小组创建了一个简单的石墨烯晶体管来测试其相对于传统制造的石墨烯晶体管的性能,而传统制造的石墨烯晶体管目前以导致材料混乱,降低其性能的方式进行图案化。

范德赞德说:“因为这些分子都是表面,所以如果让它完全坐在任何无序的物体上,就会破坏电子在材料中移动的能力,从而破坏电子性能。” “为了使最佳器件成为可能,您需要将石墨烯分子封装在另一种二维材料中,例如绝缘的hBN,以使其保持超平整和清洁状态。”

这是新技术如此有用的地方。石墨烯分子可以保持包封和原始状态,同时承受与材料接触所需的蚀刻,从而保留了材料的特性。

作为概念验证,使用新技术制造的晶体管的性能优于所有其他晶体管,“使其成为迄今为止文献中证明的最好的石墨烯晶体管”。

范德赞德说,下一步就是要看这项技术的可扩展性,以及它是否将使以前不可能的设备成为可能。我们能否利用这种技术的自停特性来制造一百万个相同的晶体管,而不仅仅是一个?我们是否可以同时在所有三个维度上对纳米尺寸的设备进行图案化,以制造纳米带而没有任何混乱?

他说:“现在,我们有一种使材料中的混乱最小化的方法,我们正在探索制造更小的特征的方法,因为我们可以同时进行封装和图案化。” “通常,当您尝试制作较小的功能(如二维材料的纳米带)时,这种疾病开始占主导地位,因此设备无法正常工作。”

“这项技术被称为石墨烯蚀刻停止,将使构建设备的整个过程变得更加容易。”


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