• Yulia Mi

Заготовка двумерных материалов для производства гибкой электроники

Пост обновлен 4 нояб. 2019 г.

С 2003 года, когда был открыт углеродный материал толщиной в один атом, известный как графен, ученые не перестают проводить дальнейшие исследования с целью обнаружения других видов двумерных материалов. Эти материалы имеют уникальные свойства: высокую теплопроводность, рекордное значение подвижности носителей заряда и впечатляющие механические характеристики.


Монослои двумерных материалов могут быть установлены друг на друга, как Lego блоки, для формирования широкого диапазона устройств с различными функциями, включая те, которые сейчас выполняют полупроводники. Такие устройства позволят создать на их основе ультра-тонкие, гибкие, прозрачные, носимые электронные приборы.



Однако, разделение большого объема кристаллического материала на 2-D слои для использования их в электронике оказалось процедурой довольно сложной в коммерческом масштабе. Существующие процессы, которые позволяют отделить от объемного кристалла отдельные тонкие слои, ненадежны и требуют длительных временных затрат, несколько часов заготовки материала и формирования устройств.


Исследователи из кафедры Машиностроения Массачусетского института технологий разработали технику, которая позволит заготавливать двухдюймовые пластины двумерного материала в течение нескольких минут. Затем эти пластины могут собираться в стек для формирования электронного прибора в течение одного часа.


Эта технология, описанная в статье, опубликованной в журнале Science, может открыть возможность коммерциализации электронных приборов на основе двумерных материалов, как считает Джихван Ким (Jeehwan Kim), доцент кафедры Машиностроения, ведущий проекта.

Соавтор работ Сангхун Бае (Sanghoon Bae) совместно с Джеву Шим(Jaewoo Shim) работают сейчас над сборкой таких двумерных монослоев в стек для получения устройств различной функциональности. В своей статье они продемонстрировали, как можно получать двумерные монослои, используя метод их последовательного отсоединения.


Сначала ученые выращивают толстый стек двумерного материала на сапфировой пластине, затем сверху наносят никелевую пленку толщиной 600 нм. Поскольку двумерные слои имеют лучшую адгезию к никелю, чем к сапфиру, перемещение никелевого слоя позволяет отделить от сапфировой пластины весь толстый стек. Кроме того, адгезия между никелем и отдельным тонким слоем двумерного материала выше, чем адгезия между слоями. Поэтому когда исследователи нанесли второй никелевый слой с нижней стороны стека, им удалось снять отдельный монослой двумерного материала толщиной всего в один атом. После того как первый монослой, «собранный» на пленку никеля, был перенесен на подложку, процесс был повторен для каждого слоя.


Такая универсальная технология может быть использована для различных двумерных материалов, включая гексагональный нитрид бора, дисульфид вольфрама и дисульфид молибдена.


«Если вы занимаетесь производством электронных и фотонных устройств с использованием двумерных материалов, то вам необходимо собирать устройство из нескольких монослоев», - говорит доцент Ким, - «Разработанная нами технология позволит это сделать быстро и недорого, а значит, мы можем надеяться на то, что эта технология будет внедрена в производственные процессы».


Ученые продемонстрировали процесс успешной сборки матриц полевых транзисторов на уровне пластин с толщиной всего несколько атомов. Сейчас планируется внедрять технологию в производство матриц запоминающих устройств и гибких приборов, которые можно будет носить на коже.


Автор фото: Peng Lin

Ссылка на статью в журнале Science: http://science.sciencemag.org/content/early/2018/10/10/science.aat8126


#двумерныематериалы #стек #гибкаяэлектроника #монослои #графен

Подписаться на новости SCDAILY