2 d图形材料
石墨烯旗舰研究人员报告了一种将石墨烯和2D材料整合到半导体生产线的新方法。(图示:A. Quellmalz, KTH)。

与今天的硅技术相比,二维(2D)材料在提供更小尺寸和扩展功能的器件方面具有巨大的潜力。但要开发这种潜力,我们必须能够将2D材料集成到半导体生产线中——这是众所周知的困难步骤。瑞典和德国的一个石墨烯旗舰研究团队现在报告了一种新方法来实现这一工作。

二维材料与硅或集成电子衬底的集成提出了许多挑战。石墨烯旗舰会员KTH的研究员Arne Quellmalz说:“从特殊的生长衬底转移到最终的衬底(在此基础上制造传感器或组件)总是有这样一个关键的步骤。”“你可能想把用于光片通信的石墨烯光电探测器与硅读出电子结合起来,但这些材料的生长温度太高,所以你不能直接在设备衬底上做这件事。”

到目前为止,大多数将二维材料从生长基板转移到所需电子器件的实验方法要么与大批量制造不兼容,要么导致二维材料及其电子性能的显著退化。Quellmalz和他的同事提出的解决方案的美妙之处在于现有的半导体制造工具:使用一种名为双苯环丁烯(BCB)的标准介电材料,以及传统的晶圆键合设备。

Quellmalz说:“我们基本上是用BCB制成的树脂将两个晶圆粘合在一起。”“我们加热树脂,直到它变得粘稠,像蜂蜜一样,然后把2D材料压在上面。”在室温下,树脂变成固体,并在2D材料和晶圆之间形成稳定的连接。“为了堆叠材料,我们重复加热和压制的步骤。树脂再次变得粘稠,就像一个垫子或水床,它支持层堆栈,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。

根据研究人员的说法,他们的转移方法原则上适用于任何二维材料,与尺寸和生长基质的类型无关。而且,由于它只依赖于半导体行业中已经普遍使用的工具和方法,它可以大大加速新一代器件在市场上的出现,这些器件将2D材料集成在传统集成电路或微系统之上。这项工作是朝着这个目标迈出的重要一步,尽管还有许多进一步的挑战,但潜在的应用范围很大:从光子学,到传感,到神经形态计算。2D材料的整合可能成为欧洲高科技产业的一个真正的游戏规则改变者。