工程师使用石墨烯作为 ‘复印机’ 生产更便宜的半导体晶圆
在 2016 年，全球半导体销售额达到其最高过指向美元 3390 亿世界各地。在同一年，半导体产业花了大约 $ 72 亿全球作为微电子组件，可以变成晶体管、 发光二极管和其他电子与光子器件基片的晶片。
由麻省理工学院的工程师开发新技术可大大降低整体成本的硅片技术和启用更多的外来的、 更高性能的半导体材料比传统的硅制成的设备。
新的方法，在自然界中，今天报道使用石墨烯 — — 层单原子厚度的石墨 — — 作为一种”复印机”将错综复杂的结晶图案从基础的半导体晶圆传送到相同材料顶部图层。
工程师们仔细对照程序，将单层石墨烯上昂贵的硅片。他们然后变得了石墨烯层的半导体材料。他们发现，石墨烯是够薄，出现电隐身，顶部图层以看穿到底层的晶硅硅片，印迹其模式而不受其石墨烯石墨烯。
石墨烯是也相当”滑”，并不倾向于坚持到其他材料容易，使工程师能够简单地剥从晶圆半导体顶层后其结构有印迹。
Jeehwan Kim，类的 1947年职业生涯发展助理教授在机械工程、 材料科学与工程部门说，在传统的半导体制造硅片，一旦转移了它的晶体结构，如此强烈地保税到半导体，它几乎是不可能不损害两层分离。
“你最终不得不牺牲晶圆片 — — 它将成为一部分的设备，”金说。
金组的新技术，说︰ 制造商现在可以使用石墨烯作为中间层，允许他们复制和粘贴硅片、 复制的电影分开，硅片和多次在重复使用硅片。除了节省成本的晶片，金正日表示，这将打开为探索更多的外来半导体材料的机会。
“该行业已被困在硅，和尽管我们已经知道关于更好执行半导体，我们一直没能使用它们，因为他们的成本，”金说。”这给行业自由选择半导体材料的性能，而不是成本”。
金正日的研究团队发现这项新技术在电子麻省理工学院的研究实验室。金正日的麻省理工学院共同作者是第一作者和研究生 Yunjo 金;研究生塞缪尔 · 克鲁兹、 巴巴通德 Alawonde、 克里斯海德堡、 倚歌和宽桥;博士后 Kyusang 李、 Shinhyun 财和圩港;访问研究学者 Chanyeol 财;默顿 C.Flemings SMA 教授材料科学与工程尤金 · 菲茨杰拉德;电气工程和计算机科学京港; 教授和亚历克西科尔帕克; 机械系助理教授贾里德 · 约翰逊和 Jinwoo Hwang 从美国俄亥俄州州立大学和 Ibraheem Almansouri 的马斯达尔的科学与技术学院。
石墨烯的转变
自从 2004 年石墨烯的发现，研究人员一直在调查其优异的电气性能，为了提高性能和成本的电子设备。石墨烯是极好的导电体，作为电子流通过石墨烯几乎没有摩擦。研究人员，因此，已经找到各种方法来适应作为一种廉价、 高性能的半导体材料石墨烯的意图。
“人是那么乐观，我们可能会让真快电子设备的石墨烯，”金说。”但事实证明这是真的很难使好的石墨烯晶体管。
为了使晶体管工作，它必须能够打开和关闭的电子流，以便生成模式的 1 和 0，指示如何开展一系列的计算设备。碰巧的是，它是很难停止通过石墨烯，使其优良的导体，但可怜的半导体电子的流动。
金正日的组了全新的办法在半导体中使用石墨烯。而不是专注于石墨烯的电学性能，研究人员望着这种材料的力学特性。
Kim 说，”我们已经坚定地信奉石墨烯，因为它是非常健壮的、 超薄、 材料和形式很强共价键结合它在水平方向上的原子之间，”。”有趣的是，它有很弱的范德华力作用，意思它不发生化学反应，与任何垂直，这使得石墨烯的表面很滑。
副本和皮
现在的团队报告，石墨烯，其超薄、 铁氟龙之类的属性，可以夹在硅片和其半导电层，提供通过该半导体材料原子可以仍然是硅片的晶体模式中重新排列察觉、 不粘锅表面之间。材料，一次印，只是可以从石墨烯表面，容许厂商重用原始晶圆片剥落。
研究小组发现它的技术，他们称之为”远程外延”，是成功地复制和剥落的从相同的半导体晶圆半导体层。研究人员已经成功地应用他们的技术到异国情调的外延片、 半导体材料，包括磷化铟、 镓 arsenenide 和磷化镓 — — 比硅 50 到 100 倍更昂贵的材料。
金正日说，这一新技术使得有可能重用晶片制造商 — — 硅和更高性能的材料 — —”从概念上讲，以至无穷。
菲利普 · 金，石墨烯，研究的先驱是不参与此项研究的哈佛大学物理学教授说，”这是一个非常独特的应用的石墨烯，”。”这项技术可以很容易集成到半导体制造过程中，和可能革新薄膜生长的半导体异质结构…形式新颖的电子和光学设备应用程序”。
充满异国情调的未来
组的基于石墨烯的剥离技术亦可提前进行柔性电子领域。一般情况下，晶片是非常固定，制作烤瓷同样灵活的设备。金正日说，现在，等 Led 半导体器件和太阳能电池可弯曲和扭转。其实，集团表明这种可能性由制造柔性的 LED 显示屏，图案中的麻省理工学院的标志，使用他们的技术。
“你想要在你的车，不是完全地平上安装太阳能电池 — — 身体有曲线，”金说。”可你大衣你的半导体，在它的上面？现在，因为它坚守厚的硅片，它是不可能的。现在，我们就能剥，折弯，和你可以做保形涂料在车上和甚至是服装。
展望未来，研究者们计划设计可重用”母亲硅片”与区域由不同的外来材料制成。使用石墨烯作为中介，他们希望建立多功能、 高性能的设备。他们也正在调查混合和匹配各种半导体以及他们堆放作为复合材料的结构。
“现在，充满异国情调的材料可以流行使用，”金说。”你不必担心在外延片的成本。让我们给你复制机。您可以增长你的半导体器件，它剥开，并重用晶圆。”
这项研究部分，由一对一联合研究项目之间的 MI/麻省理工学院合作程序和 LG 电子 R & D 中心支持。