Графен заменяет наноматериалы

Наноматериалы обладают уникальными оптическими и электрическими свойствами и интегрируются снизу вверх в промышленные процессы производства полупроводников. Однако они также представляют собой одну из самых сложных исследовательских проблем. По сути, в производстве полупроводников сегодня отсутствуют методы нанесения наноматериалов в заранее определенные места чипа без химического загрязнения. Мы думаем, что графен, один из самых тонких, прочных, гибких и самых проводящих материалов на планете, может помочь решить эту производственную задачу.

Наша команда, группа промышленных технологий и науки в IBM Research-Brazil, занимается созданием, применением и внедрением наноматериалов (размер которых составляет одну миллионную миллиметра) для крупномасштабных промышленных приложений. Примерно 30 лет назад было невозможно видеть отдельные атомы и молекулы и управлять ими. С развитием новых методов мы можем начать экспериментировать и строить теории о влиянии поведения материала на наноуровне.

В нашей новой статье «Направленное размещение наноматериалов с использованием графена из решения для крупномасштабной интеграции устройств», опубликованной в Nature Communications, мы и наши академические партнеры по сотрудничеству впервые доказали, что можно электрифицировать графен, чтобы он откладывал материал. в любом желаемом месте на твердой поверхности с почти идеальной стрелкой 97 {ccf696850f4de51e8cea028aa388d2d2d2eef894571ad33a4aa3b26b43009887}. Использование графена таким образом позволяет интегрировать наноматериалы в масштабе пластины и с нанометровой точностью.

Мало того, что возможно осаждение материала в определенном наноразмерном месте, мы также сообщили, что это можно делать параллельно, на нескольких участках осаждения, что означает возможность интегрировать наноматериалы в массовом масштабе. Эта работа была запатентована [US9412815B2].

Художественная визуализация размещения наноразмерных материалов с помощью электрического поля между парами противоположных графеновых электродов, структурированных в большой слой графена, расположенный поверх твердой подложки. Квантовые точки (красные), углеродные нанотрубки (серые) и нанолисты дисульфида молибдена (белый / серый) показаны как типичные 0D, 1D и 2D наноматериалы, которые могут быть собраны в больших масштабах на основе графена с помощью электрического поля. способ размещения.

Графен - тончайший материал, способный проводить электричество и распространять электрические поля. Электрические поля - это то, что мы используем для размещения наноматериалов на листе графена:форма и рисунок графена (который мы проектируем) определяют, где размещаются наноматериалы. Это обеспечивает беспрецедентный уровень точности при создании наноматериалов. Сегодня этот подход осуществляется с использованием стандартных материалов, в основном металлов, таких как медь. Но проблема возникает из-за того, что практически невозможно удалить медь из наноматериалов после того, как они собраны, без ущерба для рабочих характеристик или полного разрушения наноматериала. Графен не только обеспечивает точность размещения наноматериалов, но и легко удаляется из собранного наноматериала.

Важно отметить, что метод работает независимо от формы наноматериала, например, с квантовыми точками, нанотрубками и двумерными нанолистами. Мы использовали этот метод для создания работающих транзисторов и тестирования их производительности. В дополнение к встроенной электронике этот метод может использоваться для манипулирования частицами и их улавливания в технологии «лаборатория на кристалле» (микрофлюидика) [US20170292934A1].

Прогресс в использовании графена для размещения наноматериалов может быть использован для создания солнечных панелей следующего поколения, более быстрых микросхем в сотовых телефонах и планшетах или исследовательских квантовых устройств, таких как электрически управляемый встроенный квантовый излучатель света или детектор. Такое устройство способно излучать или обнаруживать одиночные фотоны, что является предпосылкой для безопасной связи.

Такие данные, как это опубликованное исследование, предполагают, что графен может сделать возможной интеграцию наноматериалов, которую стандартные материалы (используемые сегодня) не могут сделать. Это может открыть путь для его включения в производство электроники в промышленных масштабах, что является ключевой целью одного из самых амбициозных исследовательских проектов в мире - Graphene Flagship. Работая с промышленными партнерами, мы надеемся ускорить получение знаний, разработку технологий и внедрение этого восходящего метода интеграции наноматериалов.

Направленное размещение наноматериалов с использованием графена из решения для крупномасштабной интеграции устройств. Nature Communications. DOI:10.1038 / s41467-018-06604-4.