Nanomaterial erbjuder unika optiska och elektriska egenskaper och integrering nerifrån och upp inom industriella halvledartillverkningsprocesser. Dock, de presenterar också ett av de mest utmanande forskningsproblemen. I huvudsak, Halvledartillverkning saknar idag metoder för att deponera nanomaterial på fördefinierade chipplatser utan kemisk kontaminering. Vi tror att grafen, en av de tunnaste, starkaste, mest flexibla och mest ledande material på planeten, kan hjälpa till att lösa denna tillverkningsutmaning.

Vårt lag, Industrial Technology and Science-gruppen i IBM Research-Brazil, fokuserar på byggnaden, Ansökan, och adoption av nanomaterial (som är en miljondels millimeter i storlek) för storskaliga industriella tillämpningar. Tills för cirka 30 år sedan, det var inte möjligt att se och manipulera enskilda atomer och molekyler. Med utvecklingen av nya tekniker, vi kan börja experimentera och teoretisera om effekterna av ett material beteende på nanoskala.

I vår nya tidning, "Graphene-aktiverad och riktad nanomaterialplacering från lösning för storskalig enhetsintegration", publiceras i Naturkommunikation , vi och våra akademiska samarbetspartners visade för första gången att det är möjligt att elektrifiera grafen så att det avsätter material på vilken plats som helst på en fast yta med ett nästan perfekt valdeltagande på 97 %. Att använda grafen på detta sätt möjliggör integration av nanomaterial i waferskala och med nanometerprecision.

Det är inte bara möjligt att deponera material på ett specifikt, plats i nanoskala, vi rapporterade också att detta kan göras parallellt, på flera deponeringsplatser, vilket betyder att det är möjligt att integrera nanomaterial i massskala.

Grafen är det tunnaste materialet som kan leda elektricitet och sprida elektriska fält. De elektriska fälten är vad vi använder för att placera nanomaterial på ett grafenark:formen och mönstret på grafenet (som vi designar) avgör var nanomaterialen placeras. Detta erbjuder en oöverträffad precisionsnivå för att bygga nanomaterial. I dag, detta tillvägagångssätt görs med standardmaterial, mestadels metaller som koppar. Men utmaningen uppstår eftersom det är nästan omöjligt att ta bort koppar från nanomaterialen när det väl har satts ihop, utan att påverka prestandan eller förstöra nanomaterialet helt. Grafen ger oss inte bara precision i placeringen av nanomaterial, men är lätt att ta bort från det sammansatta nanomaterialet.

Viktigt, metoden fungerar oavsett nanomaterialets form, till exempel, med kvantprickar, nanorör, och tvådimensionella nanoark. Vi har använt metoden för att bygga fungerande transistorer och för att testa deras prestanda. Förutom integrerad elektronik, metoden kan användas för partikelmanipulation och infångning i lab-on-chip (mikrofluidik) teknologi [US20170292934A1].

Framstegen med att använda grafen för placering av nanomaterial kan användas för att skapa nästa generations solpaneler, snabbare chips i mobiltelefoner och surfplattor, eller utforskande kvantanordningar, som en elektriskt styrd, on-chip kvantljussändare eller detektor. En sådan enhet kan sända ut eller detektera enstaka fotoner, en förutsättning för säker kommunikation.

Bevis som denna publicerade forskning tyder på att grafen kan möjliggöra integration av nanomaterial som standardmaterial (som används idag) inte kan göra. Detta kan bana väg för dess inkludering i industriell elektroniktillverkning, som är ett nyckelmål för en av de mest ambitiösa forskningsinsatserna globalt, Grafen flaggskepp. Genom att arbeta med industriella partners, vi hoppas kunna påskynda kunskapsgenereringen, teknikutveckling och antagande av denna bottom-up-metod för integration av nanomaterial.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av IBM Research. Läs originalberättelsen här.