Прорыв в области самособирающейся электроники:исследователи демонстрируют создание новых устройств

Электроника и датчики INSIDER

По изготовленным шаблонам D-Met производятся компоненты для потенциального использования в микроэлектромеханических системах (МЭМС). (Изображение:Джулия Чанг)

Исследователи продемонстрировали новую технику самостоятельной сборки электронных устройств. Работа по проверке концепции была использована для создания диодов и транзисторов и проложила путь к самостоятельной сборке более сложных электронных устройств, не полагаясь на существующие технологии производства компьютерных чипов.

«Существующие технологии производства чипов включают в себя множество этапов и основаны на чрезвычайно сложных технологиях, что делает процесс дорогостоящим и трудоемким», — сказал Мартин Туо, автор статьи об этой работе и профессор материаловедения и инженерии в Университете штата Северная Каролина. "Наш подход к самосборке значительно быстрее и дешевле. Мы также продемонстрировали, что можем использовать этот процесс для настройки запрещенной зоны полупроводниковых материалов и сделать материалы чувствительными к свету - то есть этот метод можно использовать для создания оптоэлектронных устройств".

«Более того, современные технологии производства имеют низкую производительность, а это означает, что они производят относительно большое количество неисправных чипов, которые невозможно использовать. Наш подход отличается высокой производительностью — это означает, что вы получаете более стабильное производство массивов и меньшее количество отходов».

Туо называет новый метод самосборки направленной реакцией металл-лиганд (D-Met). Вы начинаете с частиц жидкого металла. Для проверки концепции исследователи использовали металл Филда, который представляет собой сплав индия, висмута и олова. Частицы жидкого металла помещаются рядом с формой, которая может быть изготовлена любого размера и рисунка. Затем раствор выливают на жидкий металл. Раствор содержит молекулы, называемые лигандами, которые состоят из углерода и кислорода. Эти лиганды собирают ионы с поверхности жидкого металла и удерживают эти ионы в определенном геометрическом узоре. Раствор течет по частицам жидкого металла и втягивается в форму.

По мере того, как раствор течет в форму, ионсодержащие лиганды начинают собираться в более сложные трехмерные структуры. Тем временем жидкая часть раствора начинает испаряться, что способствует плотной упаковке сложных структур в массив.

«Без плесени эти структуры могут образовывать несколько хаотичные узоры», — сказал Туо. «Но поскольку решение ограничено формой, структуры формируются в предсказуемые, симметричные массивы».

Как только конструкция достигнет желаемого размера, форму снимают и массив нагревают. Это тепло разрушает лиганды, освобождая атомы углерода и кислорода. Ионы металлов взаимодействуют с кислородом, образуя полупроводниковые оксиды металлов, а атомы углерода образуют листы графена. Эти ингредиенты собираются в хорошо упорядоченную структуру, состоящую из молекул полупроводниковых оксидов металлов, обернутых листами графена. Исследователи использовали эту технику для создания нано- и микротранзисторов и диодов.

«Листы графена можно использовать для настройки запрещенной зоны полупроводников, делая полупроводник более или менее чувствительным, в зависимости от качества графена», — сказала Джулия Чанг, первый автор статьи и постдокторант из штата Северная Каролина. Кроме того, поскольку исследователи использовали висмут в работе по проверке концепции, они смогли создать фоточувствительные структуры. Это позволяет исследователям манипулировать свойствами полупроводников с помощью света.

«Природа техники D-Met означает, что вы можете производить эти материалы в больших масштабах — вы ограничены только размером используемой формы», — сказал Туо. «Вы также можете управлять полупроводниковыми структурами, управляя типом жидкости, используемой в растворе, размерами формы и скоростью испарения раствора.

«Короче говоря, мы показали, что можем самостоятельно собирать высокоструктурированные, легко настраиваемые электронные материалы для использования в функциональных электронных устройствах», — сказал Туо. "Эта работа продемонстрировала создание транзисторов и диодов. Следующим шагом будет использование этой техники для создания более сложных устройств, таких как трехмерные чипы".

Источник