Tillplattad elektronik kan vara framtiden
NYHET
Om det var möjligt att krympa halvledare ytterligare skulle en ny elektronikrevolution äga rum. Men då detta är omöjligt står hoppet till integrerade halvledare baserade på atomtunna material i två dimensioner istället för tre. Grafen är ett material som möjliggör sådana otroligt små elektroniska kretsar. En grupp forskare från bland annat KTH har gjort detta möjligt, inklusive tillverkning på industriell skala.
En artikel om den nya tekniken har i dagarna publicerats i den vetenskapliga tidskriften Nature Communication. Bakom arbetet står förutom KTH även forskare från tyska RWTH Aachen University, Universität der Bundeswehr München och AMO GmbH and Protemics GmbH.
Tekniken består enligt forskarna av en skalbar tillverkningsmetod som klarar av att integrera tvådimensionella (2D) material som grafen med kiselbaserade kretsar. Metoden gör att elektronik kan krympas rejält och öppnar upp för nya möjligheter när det kommer till sensorer och fotonik.
Att sammanfoga 2D-materialet med halvledare, eller ett substrat med integrerade kretsar, är befäst med ett antal utmaningar.
– Det kritiska steget är alltid att flytta från ett så kallat tillväxtsubtrat till det slutgiltiga substratet på vilket du sedan konstruerar dina sensorer eller komponenter, säger Arne Quellmalz, forskare på avdelningen Mikro- och nanosystem vid KTH.
En av utmaningarna är till exempel att kombinera en fotodetektor av grafen för optisk kommunikation med kiselbaserad elektronik på ett chip.
– Tillväxttemperaturen för de här materialen är dock för hög, så du kan inte göra det direkt på substratet.
Experimentella metoder för att flytta tillverkat 2D-material till önskad elektronik har hindrats av en rad brister, till exempel att materialet brutits ned och dess elektriska egenskaper försämrats då materialet förorenats. Enligt Arne Quellmalz går detta att lösa genom redan existerande verktyg som används vid halvledartillverkning. Denna lösning är ett standardiserat dielektriskt material som kallas bisbensocyklobuten (BCB) som används tillsammans med konventionella verktyg för att sammanfoga kiselplattor.
– Vi limmar ihop kiselskivorna med harts som består av BCB. Vi värmer upp hartset tills det blir flytande, ungefär som honung, och pressar 2D-materialet mot det.
I rumstemperatur återgår hartset till fast tillstånd och en stabil koppling mellan 2D-materialet och kiselskivan uppstår. För att sedan bygga lager på lager så återupprepar forskarna processen med värme och tryck.
Text: David Callahan
För mer information, kontakta Arne Quellmalz på arneq@kth.se.