Gofret annesi mi? Gofret üretim maliyetlerini düşürmek için grafen "kopyalama makinesi"!
Kılavuz
Grafen yeni bir malzemedir ve John daha önce bunun birçok uygulamasını tanıtmıştır. Bununla birlikte, yarı iletken gofret üretimi için hangi yeni uygulamalar olacak? Bugün, Massachusetts Institute of Technology'den yeni bir yenilikle, grafenin gofretleri yeniden kullanmak ve gofret üretim teknolojisinin maliyetini daha da düşürmek için nasıl bir "kopyalama makinesi" olarak kullanılabileceğini göstereceğim.
Yenilik arka planı
2016'da küresel yarı iletken satışları en yüksek noktaya ulaştı: 339 milyar dolar. Aynı yıl, küresel yarı iletken endüstrisi gofret üretimine 7,2 milyar harcadı. Bu, yarı iletken endüstrisinin şu anda çok iyi geliştiğini ve gofret üretim sürecinin yarı iletken endüstrisinin temeli ve odak noktası olduğunu göstermektedir.
"Wafer", silikon yarı iletken entegre devrelerin üretiminde kullanılan silikon levhayı ifade eder.Mikroelektronik bileşenler için bir substrat görevi görür ve transistörler, ışık yayan diyotlar ve diğer elektronik ve fotonik bileşenleri üretmek için kullanılabilir.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Bu nedenle, wafer üretim sürecinin iyileştirilmesi, şüphesiz yarı iletken endüstrisi üzerinde temel ve geniş kapsamlı bir etkiye sahip olacaktır.
İnovasyon keşfi
Son zamanlarda, MIT mühendisleri, bileşenleri üretmek için geleneksel silikon malzemelerden daha benzersiz ve yüksek performanslı yarı iletken malzemelerin kullanımına elverişli olan gofret teknolojisinin toplam maliyetini büyük ölçüde azaltabilen yenilikçi bir teknoloji geliştirdiler. Bu yenilikçi araştırma dün Nature dergisinde yayınlandı.
(Resim kaynağı: Jose-Luis Olivares / MIT)
MIT'de makine mühendisliği, malzeme bilimi ve mühendislik yardımcı doçenti olan Jeehwan Kim'in araştırma ekibi, okulun elektronik araştırma laboratuvarında teknolojiyi icat etti. Kim'in makale ortak yazarları arasında makalenin ilk yazarı, MIT lisansüstü öğrencisi Yunjo Kim ve diğerleri ile Ohio Eyalet Üniversitesi ve Masdar Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nden araştırmacılar yer alıyor.
Çekirdek teknolojiler
-
malzeme
Araştırmacıların kullandığı malzeme, uzun zamandır dikkat ettiğimiz iki boyutlu malzemedir: "grafen". John, grafenin "hafif ve ince", "güçlü" ve "güçlü elektriksel ve termal iletkenlik" gibi birçok mükemmel özelliğe sahip tek katmanlı karbon atomu kalınlığında bir levha olduğunu daha önce defalarca tanıttı.
Araştırmacılar, grafenin 2014 yılında icadından bu yana, elektronik cihazların performansını ve maliyetini iyileştirmeyi umarak grafenin olağanüstü elektriksel özelliklerini inceliyorlar. Grafen mükemmel bir iletkendir ve elektronlar grafenden geçerken neredeyse hiç sürtünme olmaz. Bununla birlikte, grafen yarı iletkenlerde kullanılır ve elektron akışı başladıktan sonra akışını durdurmak zordur, bu nedenle grafen zayıf bir yarı iletkendir.
Bununla birlikte, yarı iletken transistörler düzgün çalışacaksa, 0 ve 1 modelini üretmek için elektron akışını açıp kapatabilmeleri gerekir, bu da cihazın bir dizi hesaplama yapmasına izin verir. Bu bağlamda Kim şunları söyledi:
"Grafeni gerçekten hızlı elektronik cihazlar yapmak için kullanmaktan herkes çok umutlu. Ancak sonuç, iyi bir grafen transistör yapmak gerçekten zor."
Bu nedenle araştırmacılar, grafeni ucuz, yüksek performanslı bir yarı iletken malzemeye dönüştürmek için daha fazla yol arıyorlar.
Kim'in araştırma ekibi, yarı iletkenlerde grafen kullanarak tamamen yeni bir yaklaşım benimsedi. Bizi şaşırtan şey, araştırmacıların grafenin elektriksel özelliklerine değil, "mekanik özelliklerine" odaklanmalarıdır. Bu bağlamda Kim şunları söyledi:
"Grafene daha güçlü bir inancımız var çünkü yatay yönde atomlar arasında güçlü kovalent bağlar oluşturabilen çok sağlam, ultra ince bir malzeme. İlginçtir, çok zayıf Van der Waals kuvveti, bu herhangi bir dikey etkileşim gerçekleştiremeyeceği anlamına gelir, bu nedenle bu grafen yüzeyini çok pürüzsüz hale getirir. "
Bu nedenle araştırmacılar, karmaşık kristal kalıplarını aşağıdaki yarı iletken tabakadan üst katmandaki malzemeye aktarmak için bir "kopyalama makinesi" olarak kullanıyorlar.
-
Gravür
Mühendisler bu süreci dikkatlice tasarladılar, pahalı gofretlere ayrı ayrı grafen levhalar yerleştirdiler ve grafen katmanları üzerinde yarı iletken malzemeler ürettiler.
Grafen malzemesinin elektriksel olarak "görünmez" olacak kadar ince olduğunu buldular. Üst katman, alttaki gofreti grafenden görebilir ve deseni kazındığında grafenden etkilenmeyecektir.
Grafen yüzeyi sayesinde, yarı iletken malzemenin atomları, gofretin kristal modelinde yeniden düzenlenebilir.
-
Soyul
(Resim kaynağı: Jose-Luis Olivares / MIT)
Araştırma ekibi, grafenin, bir sandviçin orta tabakası gibi gofret ve yarı iletken tabaka arasına sıkıştırılabilen ve neredeyse algılanamayan, yapışkan olmayan bir yüzey sağlayan ultra ince, PTFE benzeri özelliklere sahip olduğunu bildirdi. .
Grafen oldukça pürüzsüzdür, diğer malzemelerin yüzeyine kolayca yapışmaz. Bu malzeme kazındıktan sonra grafen yüzeyinden kolaylıkla soyulabilir ve bu da üreticilerin orijinal gofreti yeniden kullanmasına olanak tanır.
-
Uzaktan epitaksi
Özetle, araştırma ekibi, "uzak epitaksi" adını verdikleri bu teknolojinin, yarı iletken tabakayı aynı yarı iletken tabakadan başarıyla kopyalayıp soyabileceğini buldu.
Yenilik değeri
-
Gofretleri yeniden kullanın
Kim, geleneksel yarı iletken üretim sürecinde, gofretin deseni aktarıldıktan sonra yarı iletkene güçlü bir şekilde bağlanacağını, bu nedenle iki katmanı onlara zarar vermeden ayırmanın neredeyse imkansız olduğunu söyledi. Kim cevap olarak şunları söyledi:
"Gofreti feda etmeniz gerekiyor, bu da aygıtın bir parçası olacak."
Ekibin yeni teknolojisi, üreticilerin gofretleri kopyalayıp yapıştırmak, kopyalanan filmi gofretten ayırmak ve gofreti birden çok kez yeniden kullanmak için ara malzeme olarak grafeni kullanmasına olanak tanıyor.
Bu bağlamda Kim şunları söyledi:
Bu yeni teknoloji, üreticilerin silikondan ve diğer yüksek performanslı malzemelerden yapılmış gofretleri kavramsal olarak sınırsız sayıda yeniden kullanmasına izin veriyor.
-
Silikon dışındaki malzemeler
Yeniden kullanım yoluyla gofret maliyetlerinden tasarruf etmenin yanı sıra Kim, bu teknolojinin daha benzersiz yarı iletken malzemelerin genişletilmesi için yeni fırsatlar yarattığını söyledi.
Kim cevap olarak şunları söyledi:
"Artık endüstri her zaman silikona kafayı takmıştı, ancak yine de daha iyi performanslı yarı iletken malzemeler olduğunu öğrendik, bunları hala kullanamıyoruz, bunun nedeni maliyettir. Ancak, bu teknoloji endüstrinin maliyetten çok performansa dayalı olmasına izin veriyor , Yarı iletken malzemeleri özgürce seçin. "
Araştırmacılar, teknolojilerini silikondan 50 ila 100 kat daha pahalı olan indiyum fosfit, galyum arsenit ve galyum fosfit dahil olmak üzere benzersiz gofret ve yarı iletken malzemelere başarıyla uyguladılar.
-
Entegre etmesi ve uygulaması kolay
Harvard Üniversitesi'nde fizik profesörü ve grafen araştırmalarında öncü olan Philip Kim, bu araştırmada yer almasa da şunları söyledi:
"Bu, grafenin çok benzersiz bir uygulaması. Bu teknoloji, mevcut yarı iletken üretim süreçlerine kolayca entegre edilebilir ve yarı iletken heteroyapıların ince film büyümesinde devrim yaratabilir ve yeni elektronik ve optik cihaz uygulamaları oluşturabilir."
Geleceğe bakış
-
Esnek elektronik
Araştırma ekibi tarafından geliştirilen grafen bazlı soyma teknolojisi, esnek elektroniklerin daha da geliştirilmesini de teşvik edecek.
Genel olarak, gofretler çok serttir ve yapıldıkları cihazları da esnek kılar. Kim
LED'ler ve güneş pilleri gibi yarı iletken cihazların artık bükülebilir ve bükülebilir hale getirilebileceğini söyledi. Aslında, araştırma ekibi bu teknolojiyi esnek LED ekranların yanı sıra MIT logosu üretme olasılığını göstermek için kullandı.
(Resim kaynağı: MIT)
Kim cevap olarak şunları söyledi:
"Arabanıza güneş pilleri takmak istiyorsanız ve arabanın yüzeyi düz değilse, arabanın gövdesi kavisli bir yüzeye sahip. Arabanın üstündeki yarı iletkeni kaplayabilir misiniz? Kalınlıktan farklı olduğu için şu anda mümkün değil Gofretler birbirine bağlı. Ve şimdi, arabayı soyabilir, bükebilir ve uygun şekilde lamine edebilir veya hatta kaplayabilirsiniz. "
-
Gofretin Annesi
Daha da ileri götürmek gerekirse, araştırmacılar, farklı alanların farklı özel malzemelerden yapıldığı yeniden kullanılabilir bir "gofret annesi" tasarlamayı planlıyor. Çok işlevli, yüksek performanslı cihazlar yapmayı umarak grafeni bir ara katman olarak kullanıyorlar. Ayrıca çeşitli yarı iletken malzemeleri karıştırmayı ve eşleştirmeyi ve bunları çok malzemeli bir yapıda üst üste koymayı araştırıyorlar.
Kim dedi ki:
"Artık özel malzemelerin kullanımı kolay olduğu için, gofretlerin maliyeti konusunda endişelenmenize gerek yok. Makinaları sizin için kopyalayalım. Yarı iletken cihazlar yetiştirebilir, bunları soyabilir ve gofretleri yeniden kullanabilirsiniz."
Referans
[1]
[2] Grafen yoluyla uzaktan epitaksi, iki boyutlu malzeme tabanlı katman aktarımına olanak tanır, Nature (2017). Nature.com/articles/doi:10.1038/nature22053
Daha fazla tartışmaya ihtiyaç duyanlar için lütfen doğrudan WeChat: JohnZh1984 ile iletişime geçin veya WeChat genel hesabı IntelligentThings'i takip edin.
