Ett enatoms djupt lager av molybdendisulfid med elektroder mönstrade av het nanospets i en ny process som kallas termisk skanningssondlitografi. Forskare vid NYU Tandon School of Engineering uppfann processen för att producera högkvalitativa halvledare till en kostnad som är betydligt lägre än nuvarande elektronstrålelitografi. Kredit:NYU Tandon
Ett internationellt team av forskare har rapporterat ett genombrott i tillverkningen av atomtunna processorer – en upptäckt som kan få långtgående effekter på nanoskala chipproduktion och i laboratorier över hela världen där forskare utforskar 2D-material för allt mindre och snabbare halvledare.
Laget, leds av New York University Tandon School of Engineering Professor i kemi och biomolekylär teknik Elisa Riedo, redogjorde för forskningsresultaten i senaste numret av Naturelektronik .
De visade att litografi med en sond uppvärmd över 100 grader Celsius överträffade standardmetoder för tillverkning av metallelektroder på 2D-halvledare som molybdendisulfid (MoS2). Sådana övergångsmetaller är bland de material som forskare tror kan ersätta kisel för atomärt små chips. Teamets nya tillverkningsmetod – kallad termisk scanning probe litografi (t-SPL) – erbjuder ett antal fördelar jämfört med dagens elektronstrålelitografi (EBL).
Först, termisk litografi förbättrar avsevärt kvaliteten på 2D-transistorerna, kompensera Schottky-barriären, som hämmar flödet av elektroner vid skärningspunkten mellan metall och 2D-substratet. Också, till skillnad från EBL, den termiska litografin gör att chipdesigners enkelt kan avbilda 2D-halvledaren och sedan mönstra elektroderna där så önskas. Också, t-SPL-tillverkningssystem lovar betydande initiala besparingar såväl som driftskostnader:De minskar strömförbrukningen dramatiskt genom att arbeta i omgivningsförhållanden, eliminerar behovet av att producera högenergielektroner och att generera ett ultrahögt vakuum. Till sist, denna termiska tillverkningsmetod kan lätt skalas upp för industriell produktion genom att använda parallella termiska sonder.
I NYU Tandon School of Engineering PicoForce Lab, Professor Elisa Riedo och doktoranden Xiangyu Liu tillverkar högkvalitativa 2D-chips med hjälp av den termiska scanningsproblitografiprocessen de uppfann och NanoFrazor-utrustning av SwissLitho. Processen lovar som ett alternativ till dagens elektronstrålelitografi. Kredit:NYU Tandon
Riedo uttryckte hopp om att t-SPL kommer att ta det mesta av tillverkningen från knappa rena rum – där forskare måste tävla om tiden med den dyra utrustningen – och in i enskilda laboratorier, där de snabbt kan utveckla materialvetenskap och chipdesign. Prejudikatet för 3D-skrivare är en passande analogi:En dag är dessa t-SPL-verktyg med en upplösning på under 10 nanometer, körs på standard 120-volts ström i omgivningsförhållanden, kan bli lika allmänt förekommande i forskningslabb som hennes.
"Mönstrar metallkontakter på monolager MoS2 med försvinnande Schottky-barriärer med hjälp av termisk nanolitografi" visas i januari 2019-utgåvan av Naturelektronik och kan nås på http://dx.doi.org/10.1038/s41928-018-0191-0 med en "News &Views"-analys på https://www.nature.com/articles/s41928-018-0197 -7.
Riedos arbete med termiska sonder går tillbaka mer än ett decennium, först med IBM Research—Zurich och därefter SwissLitho, grundades av tidigare IBM-forskare. En process baserad på ett SwissLitho-system utvecklades och användes för den aktuella forskningen. Hon började utforska termisk litografi för metallnanotillverkning vid City University of New York (CUNY) Graduate Center Advanced Science Research Center (ASRC), arbetar tillsammans med medförfattare till tidningen, Xiaorui Zheng och Annalisa Calò, som nu är postdoktorala forskare vid NYU Tandon; och Edoardo Albisetti, som arbetade i Riedo-teamet med ett Marie Curie-stipendium.
