Rīsu universitātes materiālu zinātnieku komanda ir izstrādājusi jaunu veidu, kā audzēt ultratīna pusvadītājus tieši uz elektroniskiem komponentiem. Metode, kas aprakstīta pētījumā, kas publicēts ACS lietišķajos elektroniskajos materiālos, varētu palīdzēt pilnveidot divdimensiju materiālu integrāciju nākamās paaudzes elektronikā, neiromorfiskajā skaitļošanā un citās tehnoloģijās, kas prasa īpaši ātrgaitas pusvadītājus.
Pētnieki izmantoja ķīmisko tvaiku nogulsnēšanos (CVD), lai audzētu volframa diselenīdu, 2D pusvadītāju, tieši uz rakstainiem zelta elektrodiem. Tālāk viņi parādīja pieeju, veidojot funkcionālu, koncepcijas tranzistoru. Atšķirībā no parastajām metodēm, kurām nepieciešama trauslu 2D plēvju pārnešana no vienas virsmas uz otru, rīsu komandas metode pilnībā novērš pārsūtīšanas procesu.
“Šī ir pirmā demonstrācija par 2D ierīču audzēšanu bez nodošanas,” sacīja Sathvik Ajay Iyengar, Rice doktorants un pirmais pētījuma autors kopā ar rīsu doktora absolventu Lūkasu Sassi. “Tas ir stabils solis, lai samazinātu apstrādes temperatūru un iespējamu bez pārnešanas, 2D pusvadītāju integrācijas procesa.”
Atklājums sākās ar negaidītu novērojumu ikdienas eksperimenta laikā.
“Mēs saņēmām paraugu no līdzstrādnieka, kura zelta marķieri uz tā bija veidoti,” sacīja Sassi. “CVD augšanas laikā 2D materiāls negaidīti veidojās galvenokārt uz zelta virsmas. Šis pārsteidzošais rezultāts izraisīja domu, ka, apzināti veidojot metāla kontaktus, mēs varētu virzīt 2D pusvadītāju augšanu tieši pa tiem.”
Pusvadītāji ir pamata modernai skaitļošanai, un, tā kā nozare sacenšas uz mazākām, ātrākām un efektīvākām sastāvdaļām, integrējot augstākas veiktspējas, atomiski plānus materiālus, piemēram, volframa diselenīds, ir pieaugoša prioritāte.
Parastā ierīces izgatavošana prasa 2D pusvadītāju audzēt atsevišķi, parasti ļoti augstā temperatūrā, pēc tam to pārsūtot, izmantojot virkni soļu. Kaut arī 2D materiāli sola pārspēt silīciju noteiktos rādītājos, to laboratorijas mēroga solījumu pārvēršana nozarē nozīmīgām lietojumprogrammām ir izrādījusies sarežģīta-lielā mērā ir saistīta ar materiālu trauslumu pārsūtīšanas procesā.
“Pārveduma process var pasliktināt materiālu un sabojāt tā sniegumu,” sacīja Iyengar, kurš ir daļa no Pulickel Ajayan pētījumu grupas Rīsā.
Rīsu komanda optimizēja prekursoru materiālus, lai pazeminātu 2D pusvadītāja sintēzes temperatūru, un parādīja, ka tā aug kontrolētā, virziena veidā.
“Izpratne par to, kā šie 2D pusvadītāji mijiedarbojas ar metāliem, it īpaši, ja tie tiek audzēti in situ, ir patiešām vērtīga nākotnes ierīču izgatavošanai un mērogojamībai,” sacīja Ajayan, Rīsa Benjamin M. un Mary Greenwood Anderson inženierzinātņu profesors un materiālu zinātnes profesors un nanoengineering.
Izmantojot uzlabotus attēlveidošanas un ķīmiskās analīzes rīkus, komanda apstiprināja, ka metode saglabā metāla kontaktu integritāti, kas ir neaizsargāti pret bojājumiem augstā temperatūrā.
“Liela daļa mūsu darba šajā projektā bija vērsti uz to, lai pierādītu, ka materiālu sistēma joprojām ir neskarta,” sacīja Iyengar. “Mēs esam labi aprīkoti šeit, Rīsā, lai izpētītu ķīmiju, kas šajā procesā turpinās ļoti precīzi. Redzēt, kas notiek šo materiālu saskarnē, bija lielisks pētījumu motivētājs.”
Metodes panākumi ir saistīti ar spēcīgu mijiedarbību starp metālu un 2D materiālu augšanas laikā, atzīmēja Sassi.
“Uzticamu, nesaturošu metožu neesamība 2D pusvadītāju audzēšanai ir bijis galvenais šķērslis to integrācijai praktiskajā elektronikā,” viņš teica. “Šis darbs varētu atbloķēt jaunas iespējas izmantot atomiski plānus materiālus nākamās paaudzes tranzistoros, saules baterijās un citās elektroniskajās tehnoloģijās.”
Papildus izaicinājumiem, kas saistīti ar ražošanas procesu, vēl viens galvenais šķērslis 2D pusvadītāju dizainā ir elektrisko kontaktu kvalitāte, kas nozīmē ne tikai zemu enerģijas barjeras, bet arī stabilu un ilgstošu veiktspēju, mērogojamību un savietojamību ar plašu materiālu klāstu.
“In situ izaugsmes pieeja ļauj mums apvienot vairākas stratēģijas, kā vienlaikus uzlabot uzlabotu kontaktu kvalitāti,” sacīja Anand Puthirath, pētījuma līdzpilsētas autors un bijušais Rice pētnieks.
Projektu izraisīja jautājums, kas izvirzīts ASV un Indijas pētījumu iniciatīvas laikā: vai 2D materiālu pusvadītāju izgatavošanas procesu varētu izstrādāt ar ierobežotu budžetu?
“Tas sākās ar mūsu sadarbību ar partneriem Indijā,” sacīja Iyengar, kurš ir Japānas zinātnes veicināšanas biedrības stipendiāts un Quad stipendijas inaugurācijas saņēmējs – programma, kuru uzsāka ASV, Indijas, Austrālijas un Japānas valdības, lai atbalstītu agrīnās karjeras zinātniekus, kā izpētīt zinātnes, politikas un diplomātijas starpdu globālo stadiju. “Tas parādīja, kā starptautiskas partnerības var palīdzēt noteikt praktiskus ierobežojumus un iedvesmot jaunas pieejas, kas darbojas visā globālā pētniecības vidē.”
Kopā ar pāris viņa vienaudžiem Quad Fellowship kohortā Iyengar līdzautors ir raksts, kas iestājas par “nepieciešamību pēc kompetences STEM un diplomātijas krustojumā”.
“Lielāka zinātnieku un politikas veidotāju iesaistīšanās ir kritiska, lai nodrošinātu, ka zinātniskie sasniegumi pārvēršas rīcībā esošā politikā, kas nāk par labu sabiedrībai kopumā,” sacīja Iyengar. “Materiālu zinātne ir viena no pētniecības jomām, kurā starptautiska sadarbība varētu izrādīties nenovērtējama, īpaši ņemot vērā tādus ierobežojumus kā ierobežots kritisko minerālu piegādi un piegādes ķēdes traucējumi.”
Pētījumu atbalstīja ASV Gaisa spēku pētījumu laboratorijas, UES, Nacionālais zinātnes fonds (1626418), Brazīlijas Izglītības ministrija, ASV Enerģētikas departaments (DE-SC0012547), armijas pētījumu birojs (W911NF-16-1-0255) un kopīgā aprīkojuma pārvalde Rīsā. Šeit esošais saturs ir tikai autoru atbildība un tas ne vienmēr atspoguļo finansēšanas organizāciju un iestāžu oficiālo uzskatu.
🚀 Vai vēlaties, lai jūsu stāsts būtu redzams?
Iegūstiet tūkstošiem dibinātāju, investoru, PE firmas, tehnoloģiju vadītāju, lēmumu pieņēmēju un tehnoloģiju lasītāju priekšā, iesniedzot savu stāstu Techstarts.comApvidū
Piedāvājiet
