麻省理工学院工程师为高导电石墨烯晶片开发新技术

MIT为高导电石墨烯晶片开发新技术

通过使用粘合剂的镍层去皮石墨烯.从碳化硅,工程师麻省理工学院开发了一种生产高导电皱纹的石墨烯晶片的技术。

石墨烯已被吹捧为硅的有前途的继任者,并且多年来全球的研究人员已经观察到电子可以在接近光速的速度下闪烁石墨烯。这比他们通过硅和其他半导体材料行进的速度快得多,以及科学家认为石墨烯具有更快,更有效的电子和光子器件的原因之一。

HOLDUP随着制造过程提供。制造单个,完全平坦的碳原子的单个,完全平坦的碳原子,精确地对准并相连,如鸡丝。传统的制造工艺通常产生皱纹,这可以显着限制石墨烯的高速电气性能。

现在,来自麻省理工学院的工程师团队认为他们可能已经解决了这个“皱纹”问题。使用成功产生晶片刻度的技术“单结构域”石墨烯(在原子排列和电子性能均匀的石墨烯均匀的石墨烯),他们开发了一种制造具有更少皱纹的石墨烯和铁的新方法出现的皱纹。

研究人员在制造后测试了电导率,然后在石墨烯上平坦化,显示每个晶片表现出均匀的性能;这意味着电子在每个晶片上自由流动,即使穿过先前皱纹的区域。

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“对于石墨烯作为工业的主要半导体材料,它必须是单域,所以如果您在其中制作了数百万个设备,则设备的性能在任何位置都是相同的,”Jeehwan Kim说:“Jeehwan Kim说:”1947年职业发展助理教授机械工程与材料科学与工程管理部门的教授。“现在我们可以在晶片刻度中真正生产单域石墨烯。”

Kim的共同作者包括Sanghoon Bae,Samuel Cruz和MIT的Yunjo Kim,以及洛杉矶大学IBM的研究人员,以及韩国的京彭国立大学。

麻省理工学院工程师为高导电石墨烯开发新技术

皱纹的拼凑而成

制造石墨烯的最常见方法涉及化学气相沉积,或CVD,其中碳原子沉积在诸如铜箔的结晶衬底上的过程。一旦铜箔均匀涂覆有一层碳原子,科学家们将淹没整个东西蚀刻铜。剩下的是一片石墨烯,然后研究人员然后从酸中拉出。

由于底层铜本身的粗糙度和从酸中拉出石墨烯的粗糙度,CVD方法可以在石墨烯中产生相对较大的宏观折叠皱纹。碳原子的对准在石墨烯上不均匀,产生“多晶”状态,其中石墨烯类似于不均匀的拼接地形,防止电子以均匀速率流动。

2013年,在IBM工作的同时,金和他的同事们开发了一种制造单晶石墨烯的晶片的方法,其中碳原子的方向在整个晶片中完全相同。

他的团队而不是使用CVD,从碳化硅晶片中产生单晶石墨烯,具有原子平滑的表面,尽管是几纳米的微小的阶梯状皱纹。然后,它们使用薄片镍从碳化硅晶片中剥离最顶部的石墨烯,在称为层状石墨烯转移的过程中。

熨烫费用

在新出版的研究中,金和他的同事发现,层状石墨烯在碳化物制造的石墨烯中转移铁路和微小的皱纹。在将石墨烯层转移到硅晶片上之前,团队氧化硅,产生一层天然呈静电电荷的二氧化硅。当研究人员然后沉积石墨烯时,二氧化硅有效地将石墨烯的碳原子倒在晶片上,朝向其步骤和皱纹。

金说,这种熨烫方法无法在CVD制造的石墨烯上工作,因为通过CVD产生的皱纹大约几微米的顺序。

“CVD进程创造了太高而无法熨烫的皱纹,”金笔记。“对于碳化硅石墨烯,皱纹只是几纳米高,足够短,以变平。”

研究人员在每个晶片上的多个地点上制造了微小的晶体管,包括跨越先前皱纹的区域,以测试扁平的单晶石墨烯晶片是单结构域。

“我们在整个晶片中测量了电子迁移率,并且它们的性能相当,”Kim说。“更重要的是,熨烫石墨烯的这种流动速度快两倍。所以现在我们真的有单域石墨烯,其电质质量远高于石墨烯附加的碳化硅]。“

Kim表示,虽然适应石墨烯在电子产品中仍存在挑战,但本集团的结果为研究人员提供了如何可靠地制造原始,单域,无皱纹石墨烯的蓝图。

“如果您想使用石墨烯制作任何电子设备,您需要使用单域石墨烯,”Kim说。“仍然有很长的路要走石墨烯的操作晶体管。但我们现在可以展示社区指导方针,以如何制作单晶,单域石墨烯。“

出版物:Sang-Hoon Bae等,“揭开外延石墨烯中的载流机构以形成晶片级,单域石墨烯”PNAS,2017;DOI:10.1073 / PNAS.1620176114

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