Een schaalbare methode voor de integratie van 2D-materialen in grote oppervlakken

Geplaatst op 11 februari 2021 om 10:30 uur
Een schaalbare methode voor de integratie van 2D-materialen in grote oppervlakken
Tweedimensionale (2D) materialen hebben een enorm potentieel om apparaten te voorzien van veel kleinere afmetingen en uitgebreide functionaliteiten met betrekking tot wat kan worden bereikt met de huidige siliciumtechnologieën. Maar om dit potentieel te benutten, moeten we 2D-materialen kunnen integreren in productielijnen voor halfgeleiders - een notoir moeilijke stap. Een team van Graphene Flagship-onderzoekers in Zweden en Duitsland rapporteert nu een nieuwe methode om dit te laten werken.

De techniek is gepubliceerd in Nature Communications.

 

De integratie van 2D-materialen met silicium of met een substraat met geïntegreerde elektronica stelt een aantal uitdagingen. "Er is altijd deze cruciale stap: de overgang van een speciaal groeisubstraat naar het uiteindelijke substraat waarop je sensoren of componenten bouwt", zegt Arne Quellmalz, onderzoeker bij KTH en hoofdauteur van het artikel. "Misschien wil je een grafeen fotodetector voor optische on-chip communicatie combineren met silicium uitleeselektronica, maar is de groeitemperatuur van die materialen te hoog, waardoor je dit niet rechtstreeks op het substraat van het apparaat kunt doen."

 

 Tot dusverre zijn de meeste experimentele methoden voor het overbrengen van 2D-materialen van hun groeisubstraat naar de gewenste elektronica ofwel niet compatibel met grootschalige productie of ze leiden tot een aanzienlijke verslechtering van het 2D-materiaal en diens elektronische eigenschappen. Het mooie van de nieuwe oplossing is dat deze in de bestaande toolkits voor de fabricage van halfgeleiders ligt: ​​het gebruik van een standaard diëlektrisch materiaal genaamd bisbenzocyclobuteen (BCB), samen met conventionele apparatuur voor het lijmen van wafers.

 

"We lijmen de twee wafers in feite aan elkaar met een hars gemaakt van BCB", aldus Quellmalz . "We verhitten de hars totdat hij stroperig wordt en drukken het 2D-materiaal ertegenaan." Bij kamertemperatuur wordt de hars vast en vormt hij een stabiele verbinding tussen het 2D-materiaal en de wafer. "Om materialen te stapelen, herhalen we de stappen van verwarmen en persen. De hars wordt weer viskeus en gedraagt ​​zich als een kussen dat de stapel lagen ondersteunt en zich aanpast aan het oppervlak van het nieuwe 2D-materiaal.

 

De onderzoekers toonden de overdracht aan van grafeen en molybdeendisulfide (MoS2), als vertegenwoordiger voor overgangsmetaaldichalcogeniden, en gestapeld grafeen met hexagonaal boornitride (hBN) en MoS2 naar heterostructuren. Alle overgebrachte lagen en heterostructuren waren naar verluidt van hoge kwaliteit, dat wil zeggen, ze hadden een uniforme dekking over siliciumwafels tot 100 millimeter groot en vertoonden weinig spanning in de overgedragen 2D-materialen.

 

"Onze methode is in principe toepasbaar op elk 2D-materiaal, onafhankelijk van de grootte en het type groeisubstraat", zegt Max Lemme van AMO en RWTH Aachen University.

 
© Engineersonline.nl