具有成本效益的方法从材料比硅生产半导体的电影
机械工程

今天绝大多数的计算设备是由硅,第二个地球上最丰富的元素,后的氧气。硅可以找到各种形式的岩石,粘土,沙子,和土壤。

虽然不是最好的半导体材料存在地球上它是迄今为止最现成的。因此,硅是大多数电子设备的主要材料,包括传感器、太阳能电池,和集成电路在我们的电脑和智能手机。

技术制造超薄半导体薄膜


现在麻省理工学院的工程师们已经开发出一种技术来制造超薄半导体电影大量奇异的材料制成的硅。

为了证明他们的技术,研究人员制作灵活的砷化镓制成的电影,氮化镓,和氟化锂材料表现出更好的性能比硅但直到现在一直在生产昂贵功能设备。

这项新技术,研究人员说,提供了一个有效的方法来制造柔性电子元件制成的半导体元素的任意组合,比目前硅基器件可以表现得更好。

"我们已经打开了一个方法,使灵活的电子产品有这么多不同的材料系统,除了硅,"Jeehwan Kim说,1947届职业发展部门的副教授机械工程和材料科学与工程。

金正日设想这项技术可以用来制造低成本、高性能设备,如灵活的太阳能电池,和可穿戴计算机和传感器。

新技术的细节报告今天在自然材料。除了金,论文的麻省理工学院的合作者包括魏,华山,Kuan乔,Yunjo金,Kyusang李,Doyoon李,汤姆Osadchy,理查德•莫尔纳杨,sang hoon Bae,杨Shao-Horn,和杰弗里•格罗斯曼随着来自中山大学的研究人员,弗吉尼亚大学的德州大学达拉斯美国海军研究实验室,俄亥俄州立大学和佐治亚理工学院。

现在你看到它,现在你不


在2017年,金和他的同事们设计了一个方法来产生“副本”昂贵的半导体材料使用自动- - -石墨烯薄片六角排列的碳原子,网状模式。

他们发现,当多层石墨烯的纯洁,昂贵的半导体材料,如砷化镓晶片,然后流入原子砷化镓和堆栈,原子似乎在某种程度上与底层原子层交互,好像中间石墨烯是无形的或透明的。

作为一个结果,原子组装成的精确,单个水晶模式潜在的半导体晶片,形成一个精确的拷贝,然后从石墨烯层容易剥离。

的技术,他们称之为“远程外延”,提供了一种可行的方法来制造砷化镓的多个电影,仅使用一个昂贵的潜在的晶片。

他们报道他们的第一个结果后不久,他们怀疑他们的技术可以用来复制其他半导体材料。

尝试应用远程外延硅


他们试着应用远程外延硅,和锗,两个便宜的半导体,但发现当他们流入这些原子在石墨烯他们未能与各自的基本层进行交互。

就好像石墨烯,以前透明,突然变得不透明,防止硅和锗原子”看到“原子在另一边。

碰巧,硅和锗元素存在于同一组的元素周期表。具体地说,这两个元素是在四组,一个类的材料具有离子中性,这意味着他们没有极性。

"这给了我们一个提示,"Kim说。

也许,团队认为,原子只能通过石墨烯相互作用,如果他们有一些离子电荷。例如,在砷化镓的情况下,镓界面带有一个负电荷,相比之下,砷的正电荷。

这个电荷不同,或极性,可能有助于通过石墨烯原子相互作用,就好像它是透明的,和复制底层原子模式。

"我们发现,通过石墨烯相互作用是由原子的极性决定的。为最具有离子保税材料,他们甚至相互作用通过三层的石墨烯,"Kim说。"就像两个磁铁能吸引的方式,甚至通过薄的纸。”"

异性相吸


研究人员测试他们的假设通过使用远程复制半导体外延材料不同程度的极性,从中性硅和锗,略极化砷化镓,最后,高度极化氟化锂-一个更好的,比硅更昂贵的半导体。

他们发现,极性程度越大,原子的相互作用越强,甚至,在某些情况下,通过多种石墨烯。每部电影他们能够生产灵活,是几十到几百纳米厚。

原子相互作用的材料也很重要,研究小组发现。除了石墨烯,他们尝试了一个中间层六角氮化硼(hBN),材料,类似于石墨烯的原子模式,也有类似的类似的质量,使上覆材料容易脱落,一旦他们被复制。

然而,hBN是由电荷相反的硼和氮原子,这生成一个极性材料本身。

在他们的实验中,研究人员发现,任何原子在hBN流动,即使他们高度两极分化,完全无法与他们潜在的晶圆,表明极性的兴趣和中间材料的原子决定原子相互作用,形成最初的半导体晶片的副本。

"现在我们真正理解通过石墨烯原子有规则的相互作用,"Kim说。

有了这个新的认识,他说,研究人员现在可以简单的看一下元素周期表和选择两个元素相反的电荷。一旦他们获得或制造一个主要晶片由相同的元素,他们可以将团队的远程外延技术应用到制造多个原来的晶片的精确副本。

打开方式使用的分数,nonsilicon材料


"人主要用于硅片因为它们便宜,"Kim说。"现在我们的方法开辟了一种方法来使用的分数,nonsilicon材料。你可以买一个昂贵的晶片和复制一遍又一遍,并保持重用晶片的。现在的物料库技术是完全扩大。”"

金正日设想,远程外延现在可以用来制造超薄,灵活的电影从原来的各种各样的奇异,半导体材料,只要材料是由原子极性程度。

这种超薄电影可能叠加,一个在另一个之上,产生微小的,灵活的,多功能设备,如可穿戴传感器,灵活的太阳能电池,甚至,在遥远的未来,"手机连接到你的皮肤。”"

"在智能城市,我们可能想要把小电脑无处不在,我们需要低功耗,高度敏感的计算和传感设备,用更好的材料,"Kim说。"这项研究打开这些设备的途径。”"

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今天绝大多数的计算设备是由硅,第二个地球上最丰富的元素,后的氧气。硅可以找到各种形式的岩石,粘土,沙子,虽然它不是地球上最好的半导体材料,它是由……