2D材料图形
石墨烯旗舰研究人员报告了一种将石墨烯和2D材料集成到半导体制造线上的新方法。(图形由A. Quellmalz,Kth)。

二维(2D)材料具有在当今硅技术可以实现的内容具有更小尺寸和扩展功能的设备的巨大潜力。但要利用这一潜力,我们必须能够将2D材料集成到半导体制造线上 - 一个臭名昭着的困难步骤。瑞典和德国的石墨烯旗舰研究人员现在报告了一种制定这项工作的新方法。

用硅或带集成电子器件的衬底的2D材料的整合呈现出许多挑战。“从石墨斯旗舰委员会议员Kth的研究员ArneQuellmalz表示,从特殊的生长衬底转移到您构建传感器或组件的最终基板的关键步骤。”“您可能希望将石墨烯光电探测器与硅读出电子设备结合起来的光学片上通信,但这些材料的生长温度太高,因此您不能直接在设备基板上执行此操作。”

到目前为止,大多数用于将2D材料从其生长基板转移到所需电子器件的大多数实验方法与大容量制造或导致2D材料的显着降解和其电子性质。Quellmalz和同事提出的解决方案的美是它位于半导体制造的现有工具包中:使用称为双苯并苄丁烯(BCB)的标准介电材料以及常规晶片粘合设备。

“我们将两个晶片与由BCB制成的树脂基本上粘合在一起,”Quellmalz说。“我们加热树脂,直到它变得粘稠,如蜂蜜,并将2D材料压在其上。”在室温下,树脂变得坚固,在2D材料和晶片之间形成稳定的连接。“要堆叠材料,我们重复加热和压制的步骤。树脂再次变得粘稠并表现得像垫子,或者是支撑层堆叠并适应新的2D材料的表面。“

研究人员展示了过渡金属二硫属化合物的代表——石墨烯和二硫化钼(MoS2)的转移,以及将石墨烯与六方氮化硼(hBN)和二硫化钼堆叠成异质结构。据报道,所有转移层和异质结构都具有高质量,即它们在100毫米大小的硅片上具有均匀覆盖,并且在转移的2D材料中显示出很小的应变。

根据研究人员,它们的转移方法原则上适用于任何2D材料,与生长衬底的大小和类型无关。并且,由于它仅依赖于半导体行业已经常见的工具和方法,因此它可以大大加快市场上的新一代设备的外观,其中2D材料集成在传统集成电路或微系统的顶部。这项工作是迈向该目标的重要一步,虽然仍然存在许多进一步的挑战,但潜在的应用范围大:从光子学,感应,对神经形态计算。2D材料的整合可能是欧洲高新技术产业的真正游戏变频器。