二维材料大面积集成的可扩展方法
与当今的硅技术相比，二维 (2D) 材料在为设备提供更小尺寸和扩展功能方面具有巨大潜力。但要利用这一潜力，我们必须能够将 2D 材料集成到半导体生产线中——这是出了名的困难步骤。瑞典和德国的一个石墨烯旗舰研究团队现在报告了一种新方法来完成这项工作。
将 2D 材料与硅或具有集成电子器件的基板集成提出了许多挑战。 Graphene Flagship Associate Member KTH 的研究员 Arne Quellmalz 说：“从特殊的生长基板转移到构建传感器或组件的最终基板总是有这个关键步骤。” “您可能希望将用于片上光学通信的石墨烯光电探测器与硅读出电子设备结合起来，但这些材料的生长温度太高，因此您无法直接在器件基板上进行此操作。”
到目前为止，将二维材料从其生长衬底转移到所需电子器件的大多数实验方法要么与大批量制造不兼容，要么导致二维材料及其电子特性的显着退化。 Quellmalz 及其同事提出的解决方案的美妙之处在于，它存在于现有的半导体制造工具包中：使用称为双苯并环丁烯 (BCB) 的标准介电材料以及传统的晶圆键合设备。
“我们基本上用 BCB 制成的树脂将两个晶片粘合在一起，”Quellmalz 说。 “我们加热树脂，直到它变得像蜂蜜一样粘稠，然后将 2D 材料压在上面。”在室温下，树脂变成固体并在二维材料和晶圆之间形成稳定的连接。 “为了堆叠材料，我们重复加热和压制的步骤。树脂再次变得粘稠，表现得像一个垫子或水床，它支撑着层堆叠并适应新的二维材料的表面。”
研究人员展示了石墨烯和二硫化钼 (MoS2) 作为过渡金属二硫属化物的代表，以及与六方氮化硼 (hBN) 和 MoS2 堆叠的石墨烯向异质结构的转移。据报道，所有转移层和异质结构都具有高质量，也就是说，它们在最大 100 毫米尺寸的硅晶片上具有均匀覆盖，并且在转移的二维材料中表现出很小的应变。
据研究人员称，他们的转移方法原则上适用于任何二维材料，与生长基板的尺寸和类型无关。而且，由于它仅依赖于半导体行业中已经很常见的工具和方法，它可以大大加快新一代设备在市场上的出现，其中二维材料集成在传统集成电路或微系统之上。这项工作是朝着这一目标迈出的重要一步，尽管仍然存在许多进一步的挑战，但潜在的应用范围很广：从光子学到传感，再到神经形态计算。二维材料的整合可能会真正改变欧洲高科技产业的游戏规则。
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