IBM überwindet die 7-nm-Barriere mithilfe von Graphen, um Nanomaterialien auf Substraten abzusetzen

Ursprünglicher Autor: Dexter Johnson
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Die Funktionalität der Geräte kann durch einfaches Wechseln der Nanomaterialien und ohne Einfluss auf den Prozess geändert werden.



Quantenpunkte (rot), Kohlenstoff - Nanoröhren (grau) und Nanoschichten Molybdändisulfid (grau und weiß) - jeweils repräsentative Klassen von Nanomaterialien 0D, 1D und 2D, die in großem Maßstab zusammengebaut werden , um die Platzierungsverfahren basierend auf Graphen mit Hilfs elektrisches Feld unter Verwendung von .

Vor vier Jahren gab IBM bekannt, dass es in den nächsten fünf Jahren im Rahmen des umfangreichen Projekts „7 nm and beyond“ [7 nm und darüber hinaus] drei Milliarden US-Dollar in die Zukunft der Nanoelektronik investieren wird. Mindestens einer der großen Chiphersteller, GlobalFoundries, hat sich gegen die Wand des 7-nm-Prozesses gelehnt, und IBM tendiert dazu, weiterzugehen, indem er Graphen verwendet, um Nanomaterialien an bestimmten Orten ohne chemische Verschmutzung zu platzieren.

In einer Studie, in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht, beschrieb, wie IBM-Wissenschaftler Graphen erstmals so elektrifizierten, dass es dabei half, Nanomaterialien mit einer Genauigkeit von 97% zu lokalisieren.

"Da diese Methode mit einer Vielzahl von Nanomaterialien funktioniert, stellen wir uns integrierte Geräte vor, deren Funktionalität auf den einzigartigen physikalischen Eigenschaften von Nanomaterialien basiert", sagte Matthias Steiner , Manager der brasilianischen Niederlassung von IBM Research. "Wir können uns auch Detektoren und Lichtemitter auf einem Chip vorstellen, die eine bestimmte Wellenlänge haben, die durch die optischen Eigenschaften des Nanomaterials bestimmt wird."

Als Beispiel erklärte Steiner, dass, wenn Sie die spektralen Eigenschaften eines optoelektronischen Bauelements ändern müssen, Sie das Nanomaterial einfach austauschen können, während der Rest des Produktionsprozesses unverändert bleibt. Wenn wir diese Methode weiterentwickeln, wird es möglich sein, verschiedene Nanomaterialien an verschiedenen Stellen in mehreren Durchgängen der Montagelinie zusammenzubauen und gleichzeitig Lichtdetektoren zu erzeugen, die in verschiedenen Frequenzfenstern gleichzeitig arbeiten. "

Der Prozess kann als Hybrid beschrieben werden, der Top-down-Ansätze kombiniert [ top-down] und „bottom-up“ [bottom-up] nach Michael Ingel, ein Mitglied des brasilianischen Forscherteams. Vor einigen Jahren hat IBM eines dieser Hybridverfahren entwickelt, bei dem Top-Down-Produktionstechnologien wie Lithographie mit Bottom-Up-Technologien kombiniert wurden, die die Elektronik durch Selbstmontage „anwachsen“.

Ingel erklärte, dass der erste Schritt des Hybridprozesses das Wachsen von Graphen direkt auf dem Substrat ist, auf dem das Nanomaterial montiert wird. Das Unternehmen führte eine Demonstration von verwendetem Graphen auf Siliziumkarbid durch. Ingel stellte fest, dass es auch möglich ist, Graphen auf anderen Materialien, z. B. auf Kupfer, zu züchten und es dann abzuziehen und auf einem Substrat aus Silizium oder Siliziumoxid zu platzieren.

Der nächste Schritt ist das Ätzen von Graphen zur Lokalisierung. Dies geschieht in großem Maßstab und kann mit der Top-Down-Technologie als Teil des Prozesses betrachtet werden.

In einem dritten Schritt wird eine Bottom-up-Technologie verwendet, bei der die Forscher die Graphenschichten in ein elektrisches Wechselfeld einlegen und gleichzeitig die Nanomaterial-Lösung darauf legen. Das Nanomaterial sickert ab und liegt zwischen gegenüberliegenden Graphen-Elektroden.

"So bestimmt Graphen den Ort und liefert die Orientierung des elektrischen Feldes und die Kraft, die das Nanomaterial für die Richtungsmontage zieht", sagte Ingel.

Im vierten Schritt werden die Graphen-Elektroden geätzt und zusätzliche Fertigungsschritte zur Integration von Elektronik oder optoelektronischen Bauelementen ausgeführt.

Zuvor war das am weitesten fortgeschrittene Verfahren die Verwendung von Metallelektroden, die schwer zu entfernen sind und die die Effizienz des Bauelements und das Integrationspotenzial begrenzen. "Wir glauben, dass der größte Durchbruch in dieser Arbeit die" Bottom-Up "-Anordnung einer breiten Palette von Nanomaterialien mit einer Auflösung von Nanometerskalen ist, auf denen größere Bereiche im Millimeterbereich liegen, und mit leicht entfernbaren Elektroden, sagte Steiner. „Graphen-Elektroden bieten eine hervorragende Ausrichtung und Dichte des Nanomaterials, begrenzen die Wechselwirkung mit Chemikalien und vermeiden Metallleitungen, was zu einer überlegenen Geräteeffizienz führt.“

Dieser Prozess wird nicht schnell zur Umsetzung des Moore-Gesetzes beitragen können. Laut Ingel ist eines der größten Probleme der Einsatz von Nanomaterial-Lösungen in der industriellen Produktion. "Dies erfordert Fortschritte bei der Standardisierung von Nanomateriallösungen, um reproduzierbare und dauerhafte Ergebnisse zu erzielen, sowie die Anpassung des Verfahrens an ein elektrisches Hilfsfeld für den Einsatz in Substratherstellungsprozessen", sagte Ingel.

Obwohl sich IBM nicht für die Standardisierung von Nanomaterialien entscheiden wird, arbeiten die Forscher weiter an der Technologie, indem sie verschiedene Nanomaterialien integrieren, um integrierte Schaltungen wie elektrische Wechselrichter oder Ringgeneratoren an unterschiedliche Anforderungen anzupassen. Außerdem entwickeln Forscher auf einem Chip Lichtsender und -detektoren, deren spektrale Eigenschaften durch das verwendete Nanomaterial bestimmt werden.

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