Исследователи продемонстрировали новую технику самосборки электронных устройств. В этом проекте, доказательстве работоспособности концепции, были созданы диоды и транзисторы, что открывает путь к самостоятельной сборке более сложных электронных устройств без использования существующих технологий производства компьютерных чипов.
«Существующие технологии производства микросхем включают в себя множество этапов и опираются на чрезвычайно сложные технологии, что делает процесс дорогостоящим и трудоёмким, — говорит Мартин Туо, автор статьи о работе и профессор материаловедения и инженерии в Университете штата Северная Каролина. — Наш подход к самосборке значительно быстрее и дешевле. Мы также продемонстрировали, что с помощью этого процесса можно настраивать полосу пропускания полупроводниковых материалов и делать их чувствительными к свету — это означает, что данная техника может быть использована для создания оптоэлектронных устройств».
«Более того, существующие технологии производства имеют низкий выход, то есть они производят относительно большое количество бракованных чипов, которые нельзя использовать. Наш подход отличается высокой производительностью — это означает, что вы получаете более стабильное производство массивов и меньше отходов».
Туо называет новую методику самосборки направленной реакцией металл-лиганд (D-Met). Вот как это работает.
Всё начинается с частиц жидкого металла. В своей экспериментальной работе исследователи использовали металл Филда, который представляет собой сплав индия, висмута и олова. Частицы жидкого металла помещаются в форму. Затем на жидкий металл наливается раствор. Раствор содержит молекулы, называемые лигандами, которые состоят из углерода и кислорода. Эти лиганды собирают ионы с поверхности жидкого металла и удерживают их в определённой геометрической форме. Раствор стекает по частицам жидкого металла и втягивается в форму.
По мере того как раствор поступает в форму, ионосодержащие лиганды начинают собираться в более сложные трёхмерные структуры. Тем временем жидкая часть раствора начинает испаряться, что способствует более плотной упаковке сложных структур в массив.
«Без формы эти структуры могут образовывать несколько хаотичные узоры, — говорит Туо. — Но поскольку раствор ограничен формой, структуры формируются в предсказуемые, симметричные массивы».
Когда структура достигает желаемого размера, форму удаляют, а массив нагревают. Под действием тепла лиганды разрушаются, освобождая атомы углерода и кислорода. Ионы металлов взаимодействуют с кислородом, образуя полупроводниковые оксиды металлов, а атомы углерода формируют графеновые листы. Эти компоненты собираются в упорядоченную структуру, состоящую из молекул полупроводниковых оксидов металлов, обёрнутых графеновыми листами. Исследователи использовали эту технику для создания наноразмерных и микроразмерных транзисторов и диодов.
«Графеновые листы можно использовать для настройки полосы пропускания полупроводников, делая полупроводник более или менее чувствительным в зависимости от качества графена», — говорит Джулия Чанг, первый автор статьи и постдокторский исследователь в NC State.
Кроме того, поскольку исследователи использовали висмут в своей работе, они смогли создать структуры, реагирующие на фотореакцию. Это позволяет исследователям манипулировать свойствами полупроводников с помощью света.
«Природа метода D-Met означает, что вы можете создавать эти материалы в больших масштабах — вы ограничены только размером формы, которую используете, — говорит Туо. — Вы также можете управлять полупроводниковыми структурами, манипулируя типом жидкости, используемой в растворе, размерами формы и скоростью испарения раствора».
