นักวิจัยสาธิตเทคนิคใหม่ในการประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้วยตนเอง

การพิสูจน์แนวคิดใหม่งานตีพิมพ์ในวารสารขอบเขตอันไกลโพ้นของวัสดุปูทางไปสู่การประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนมากขึ้นด้วยตนเอง โดยไม่ต้องอาศัยเทคนิคการผลิตชิปคอมพิวเตอร์ที่มีอยู่

“เทคนิคการผลิตชิปที่มีอยู่นั้นเกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอนและอาศัยเทคโนโลยีที่ซับซ้อนอย่างยิ่ง ทำให้กระบวนการนี้มีค่าใช้จ่ายสูงและใช้เวลานาน” ศาสตราจารย์ Martin Thuo จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ธแคโรไลนากล่าว

“วิธีการประกอบเองของเรานั้นรวดเร็วกว่ามากและราคาถูกกว่ามาก”

"เรายังแสดงให้เห็นด้วยว่าเราสามารถใช้กระบวนการนี้ในการปรับแต่ง bandgap สำหรับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ และเพื่อให้วัสดุตอบสนองต่อแสงได้ ซึ่งหมายความว่าเทคนิคนี้สามารถนำไปใช้ในการสร้างอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ได้"

“ยิ่งกว่านั้น เทคนิคการผลิตในปัจจุบันมีผลผลิตต่ำ ซึ่งหมายความว่าจะผลิตชิปที่ผิดปกติจำนวนมากซึ่งไม่สามารถนำมาใช้ได้”

“แนวทางของเราให้ผลตอบแทนสูง ซึ่งหมายความว่าคุณจะได้รับการผลิตอาร์เรย์ที่สม่ำเสมอมากขึ้น และสิ้นเปลืองน้อยลง”

“เราเรียกเทคนิคการประกอบตัวเองแบบใหม่นี้ว่าปฏิกิริยาไดเร็คเมทัล-ลิแกนด์ (D-Met) นี่คือวิธีการทำงาน” เขากล่าวเสริม

“คุณเริ่มต้นด้วยอนุภาคโลหะเหลว สำหรับงานพิสูจน์แนวคิด เราใช้โลหะของ Field ซึ่งเป็นโลหะผสมของอินเดียม บิสมัท และดีบุก”

“อนุภาคโลหะเหลวจะถูกวางติดกับแม่พิมพ์ ซึ่งสามารถผลิตให้มีขนาดหรือลวดลายใดก็ได้ จากนั้นจึงเทสารละลายลงบนโลหะเหลว”

“สารละลายประกอบด้วยโมเลกุลที่เรียกว่าลิแกนด์ซึ่งประกอบด้วยคาร์บอนและออกซิเจน”

“ลิแกนด์เหล่านี้จะเก็บเกี่ยวไอออนจากพื้นผิวของโลหะเหลวและกักเก็บไอออนเหล่านั้นไว้ในรูปแบบเรขาคณิตที่เฉพาะเจาะจง”

“สารละลายไหลผ่านอนุภาคโลหะเหลวและถูกดึงเข้าไปในแม่พิมพ์”

เมื่อสารละลายไหลเข้าสู่แม่พิมพ์ ลิแกนด์ที่มีไอออนเริ่มรวมตัวกันเป็นโครงสร้าง 3 มิติที่ซับซ้อนมากขึ้น

ในขณะเดียวกัน ส่วนที่เป็นของเหลวของสารละลายจะเริ่มระเหย ซึ่งทำหน้าที่ห่อโครงสร้างที่ซับซ้อนให้เข้ามาใกล้กันมากขึ้นเรื่อยๆ ให้เป็นอาร์เรย์

“หากไม่มีเชื้อรา โครงสร้างเหล่านี้ก็อาจก่อให้เกิดรูปแบบที่ค่อนข้างวุ่นวายได้” ศาสตราจารย์ Thuo siad

“แต่เนื่องจากการแก้ปัญหาถูกจำกัดโดยแม่พิมพ์ โครงสร้างจึงก่อตัวเป็นอาเรย์สมมาตรที่คาดเดาได้”

“เมื่อโครงสร้างถึงขนาดที่ต้องการแล้ว แม่พิมพ์จะถูกเอาออก และอาร์เรย์จะได้รับความร้อน”

“ความร้อนนี้ทำให้ลิแกนด์แตกตัว ปลดปล่อยอะตอมของคาร์บอนและออกซิเจน”

“ไอออนของโลหะจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อสร้างออกไซด์ของโลหะเซมิคอนดักเตอร์ ในขณะที่อะตอมของคาร์บอนจะก่อตัวเป็นแผ่นกราฟีน”

“ส่วนผสมเหล่านี้ประกอบกันเป็นโครงสร้างที่ได้รับการจัดอย่างดี ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลโลหะออกไซด์ของเซมิคอนดักเตอร์ที่ห่อด้วยแผ่นกราฟีน”

ศาสตราจารย์ Thuo และเพื่อนร่วมงานใช้เทคนิคนี้เพื่อสร้างทรานซิสเตอร์และไดโอดระดับนาโนและไมโครสเกล

“แผ่นกราฟีนสามารถใช้เพื่อปรับแต่งแถบความถี่ของเซมิคอนดักเตอร์ได้ ทำให้เซมิคอนดักเตอร์ตอบสนองมากขึ้นหรือน้อยลง ขึ้นอยู่กับคุณภาพของกราฟีน” ดร. จูเลีย ชาง นักวิจัยหลังปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ธแคโรไลนา กล่าว

นอกจากนี้ เนื่องจากนักวิจัยใช้บิสมัทในงานพิสูจน์แนวคิด พวกเขาจึงสามารถสร้างโครงสร้างที่ตอบสนองต่อภาพถ่ายได้

ช่วยให้ผู้เขียนสามารถจัดการคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์โดยใช้แสงได้

“ธรรมชาติของเทคนิค D-Met หมายความว่าคุณสามารถสร้างวัสดุเหล่านี้ได้ในวงกว้าง คุณถูกจำกัดด้วยขนาดของแม่พิมพ์ที่คุณใช้เท่านั้น” ศาสตราจารย์ Thuo กล่าว

“คุณยังสามารถควบคุมโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ได้ด้วยการควบคุมประเภทของของเหลวที่ใช้ในสารละลาย ขนาดของแม่พิมพ์ และอัตราการระเหยของสารละลาย”

กล่าวโดยสรุป เราได้แสดงให้เห็นว่าเราสามารถประกอบวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ที่มีโครงสร้างสูงและปรับแต่งได้สูงด้วยตนเองเพื่อใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานได้”

“งานนี้สาธิตการสร้างทรานซิสเตอร์และไดโอด”

“ขั้นตอนต่อไปคือการใช้เทคนิคนี้เพื่อสร้างอุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น ชิป 3D”

-

จูเลีย เจ. ฉางและคณะ- มีคำแนะนำถึงอนันต์การประกอบอาร์เรย์ออกไซด์ของโลหะผสมจากโลหะเหลวขอบเขตอันไกลโพ้นของวัสดุเผยแพร่ออนไลน์เมื่อวันที่ 25 พฤศจิกายน 2024; ดอย: 10.1039/D4MH01177E

บทความนี้เป็นเวอร์ชันหนึ่งของข่าวประชาสัมพันธ์ที่จัดทำโดย North Carolina State University