Исследование, подтверждающее концепцию, демонстрирует самособирающуюся электронику

Прочитано: 81 раз(а)


Исследователи продемонстрировали новую технологию самосборки электронных устройств. Работа по проверке концепции была использована для создания диодов и транзисторов и прокладывает путь к самосборке более сложных электронных устройств без использования существующих технологий производства компьютерных чипов.

Статья «Управляемая бесконечная сборка массивов оксидов смешанных металлов из жидкого металла» опубликована в открытом доступе в журнале Materials Horizons.

«Существующие методы производства микросхем включают много этапов и опираются на чрезвычайно сложные технологии, что делает процесс дорогостоящим и трудоемким», — говорит Мартин Туо, автор-корреспондент статьи о работе и профессор материаловедения и инженерии в Университете штата Северная Каролина.

«Наш подход самосборки значительно быстрее и менее затратен. Мы также продемонстрировали, что можем использовать этот процесс для настройки ширины запрещенной зоны полупроводниковых материалов и сделать материалы чувствительными к свету, то есть эту технологию можно использовать для создания оптоэлектронных устройств.

«Более того, современные технологии производства имеют низкий выход годных изделий, что означает, что они производят относительно большое количество бракованных чипов, которые невозможно использовать. Наш подход — высокий выход годных изделий, что означает, что вы получаете более стабильное производство массивов и меньше отходов».

Туо называет новую самоорганизующуюся технологию направленной реакцией металл-лиганд (D-Met). Вот как это работает.

Вы начинаете с частиц жидкого металла. Для своей работы по проверке концепции исследователи использовали металл Филда, который представляет собой сплав индия, висмута и олова. Частицы жидкого металла помещаются рядом с формой, которую можно сделать любого размера или рисунка. Затем на жидкий металл выливается раствор.

Раствор содержит молекулы, называемые лигандами, которые состоят из углерода и кислорода. Эти лиганды собирают ионы с поверхности жидкого металла и удерживают эти ионы в определенной геометрической схеме. Раствор течет по частицам жидкого металла и втягивается в форму.

По мере того, как раствор поступает в форму, лиганды, несущие ионы, начинают собираться в более сложные трехмерные структуры . Между тем, жидкая часть раствора начинает испаряться, что способствует упаковке сложных структур все ближе и ближе друг к другу в массив.

«Без формы эти структуры могут образовывать несколько хаотичные узоры», — говорит Туо. «Но поскольку решение ограничено формой, структуры формируются в предсказуемые, симметричные массивы».

Как только структура достигла желаемого размера, форма удаляется, а массив нагревается. Это тепло разрушает лиганды, освобождая атомы углерода и кислорода. Ионы металла взаимодействуют с кислородом, образуя полупроводниковые оксиды металлов, в то время как атомы углерода формируют графеновые листы.

Эти ингредиенты собираются в хорошо упорядоченную структуру, состоящую из молекул оксида полупроводника металла, обернутых в графеновые листы. Исследователи использовали эту технику для создания нано- и микромасштабных транзисторов и диодов.

« Листы графена можно использовать для настройки ширины запрещенной зоны полупроводников, делая полупроводник более или менее чувствительным в зависимости от качества графена», — говорит Джулия Чанг, первый автор статьи и научный сотрудник в Университете штата Северная Каролина.

Кроме того, поскольку исследователи использовали висмут в работе по проверке концепции, они смогли создать структуры, которые реагируют на свет. Это позволяет исследователям манипулировать свойствами полупроводников с помощью света.

«Суть технологии D-Met в том, что вы можете производить эти материалы в больших масштабах — вы ограничены только размером используемой вами формы», — говорит Туо. «Вы также можете контролировать полупроводниковые структуры, манипулируя типом жидкости, используемой в растворе, размерами формы и скоростью испарения раствора».

«Короче говоря, мы показали, что можем самостоятельно собирать высокоструктурированные, высоконастраиваемые электронные материалы для использования в функциональных электронных устройствах », — говорит Туо. «Эта работа продемонстрировала создание транзисторов и диодов. Следующий шаг — использовать эту технику для создания более сложных устройств, таких как трехмерные чипы».

Исследование, подтверждающее концепцию, демонстрирует самособирающуюся электронику



Новости партнеров