下一代電子產品轉型   麻省理工學院2D材料整合性突破

編譯/高晟鈞

只有幾個原子厚度的二維材料展現出許多特殊的性質,像是更好的電荷傳輸能力、高強度、透光等等。電子在二維材料中運動,因為少了另一維度運動所造成的碰撞,因此在電場作用下可以移動較快而提高導電率。

然而,將二維材料整合到電腦晶片或系統是出了名的困難,這些超薄結構可能會被依賴化學物質、高溫或蝕刻等破壞性製程而損壞。麻省理工的研究團隊開發了一種新技術,能一步將二維材料整合到設備當中,同時保持材料表面和介面完美且無缺陷。

麻省理工的研究團隊開發了一種新技術,能一步將二維材料整合到設備當中,同時保持材料表面和介面完美且無缺陷。圖/截取自 ScitechDaily

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研究團隊運用的原理是利用奈米級表面張力的特殊技術,使二維材料可以以物理堆疊(像是黏合)的方式轉移到不同基板上。解鎖這些新功能的核心是存在於所有物質之間的特殊力「凡得瓦力」(Van der Waals integration),可以幫助二維材料和基板間形成乾淨介面。

不同材料各有優勢

然而,不是所有材料性質的作用力都足夠強大到使二維材料與基板結合,一般而言,二維材料與半導體的整合,首先需要將二維材料黏合到「金」中間層,並將該中間層轉移到絕緣體上,接著使用化學物質或高溫去除中間層來完成。

對此,研究團隊捨去了這種做法,轉而將低黏附力的絕緣體嵌入高黏附力的基質中。這種黏合劑基質使 二維材料黏附到嵌入的低黏附力表面,提供在二維材料和絕緣體之間形成范德華界面所需的力。

此外,由於製程步驟所得到的完全乾淨的二維材料介面,材料可以達到其最高的性能極限,而不受缺陷與污染的阻礙。由於表面也保持原始狀態,研究人員可以對 2D 材料的表面進行設計,以形成與其他組件的特徵或連接,例如使用二維材料製造p型晶體管,一種在以前是相當具有挑戰性的技術。

黏合基質技術也可以多種材料,甚至與其他不同作用力一同使用,大幅增加了平台的多樣性與功能性。例如,研究人員將石墨烯整合到設備上,使用聚合物製成的基質形成所需的凡得瓦介面,在這種情況下,黏附力還可以依賴化學相互作用,而不僅僅是凡得瓦力。

資料來源:ScitechDaily

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