Att krympa halvledare ytterligare skulle möjliggöra en helt ny kiselrevolution. Men eftersom det är omöjligt, det näst bästa hoppet är att integrera halvledare med 2D atomärt tunna material, som grafen, på vilka kretsar kan skapas i otroligt liten skala. En forskargrupp rapporterar en ny metod för att få denna notoriskt svåra kombination att fungera i industriell skala.

Tekniken rapporterades idag i Naturkommunikation av forskare från Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm, i samarbete med RWTH Aachen University, Universität der Bundeswehr München, AMO GmbH och Protemics GmbH, i Tyskland.

En pålitlig, industriellt skalbar metod för att integrera 2D-material som grafen med kiselhalvledare skulle hjälpa till att nedskala elektronik och inleda nya möjligheter för sensorteknologi och fotonik.

Dock, Integreringen av 2D-material till halvledaren eller ett substrat med integrerad elektronik är fylld med ett antal utmaningar. "Det finns alltid det här kritiska steget att överföra från ett speciellt tillväxtsubstrat till det slutliga substratet som du bygger sensorer eller komponenter på, säger Arne Quellmalz, forskare i fotoniska mikrosystem vid KTH.

"Du kanske vill kombinera en grafenfotodetektor för optisk kommunikation på kretsen med kiselavläsningselektronik, " säger Quellmalz. "Men tillväxttemperaturerna för dessa material är för höga, så du kan inte göra detta direkt på enhetens substrat."

Experimentella metoder för att överföra odlat 2D-material till önskad elektronik har behäftats med ett antal brister, såsom nedbrytning av materialet och dess elektroniska transportegenskaper, eller genom kontaminering av materialet.

Quellmalz säger att lösningen ligger i de befintliga verktygssatserna för halvledartillverkning:att använda ett standard dielektriskt material som kallas bisbensocyklobuten (BCB), tillsammans med konventionell utrustning för bindning av skivor.

"Vi limmar i princip ihop de två skivorna med ett harts av BCB, " säger han. "Vi värmer hartset, tills det blir trögflytande som honung, och tryck 2D-materialet mot det."

Vid rumstemperatur, hartset blir fast och bildar en stabil förbindelse mellan 2D-materialet och wafern, han säger. "Att stapla material, vi upprepar stegen med uppvärmning och pressning. Hartset blir trögflytande igen och beter sig som en kudde, eller en vattensäng, som stöder lagerstapeln och anpassar sig till ytan på det nya 2D-materialet."

Forskarna visade överföringen av grafen och molybdendisulfid (MoS ₂ ), som representant för övergångsmetalldikalkogenider, och staplade grafen med hexagonal bornitrid (hBN) och MoS ₂ till heterostrukturer. Alla överförda lager och heterostrukturer var enligt uppgift av hög kvalitet, det är, de hade enhetlig täckning över upp till 100 millimeter stora kiselwafers och uppvisade liten belastning i de överförda 2-D-materialen, uppger tidningen.