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MIT發展石墨烯柔性電子:降低砷化镓和氮化镓芯片成本

麻省理工學院(MIT)的一個研究小組最近幾周宣布了幾項科技進展,使得柔性電子的創新融合更接近可實現的目标。Jeehwan Kim的研究小組本月分别在《Nature Materials》以及《Science》上宣布他們可以低成本地大規模生産超薄砷化镓和氮化镓芯片,以及制造其他二維電子設備(如微型光子器件)所需的單層材料。

Kim的團隊基本上使用石墨烯片作為納米尺寸的絲網,通過這種絲網可以制造昂貴的外來材料半導體。

大體配方如下:使用昂貴的、超薄的如砷化镓之類純半導體材料薄膜,并在上面鋪設單層石墨烯。然後将镓和砷的原子流過石墨烯,及中間體襯底表面,在該表面上可将相同的底層超薄半導體膜複制到石墨烯的上部,盡管該過程為何如此有效之前是一直不太清楚的。

在目前的工作中,Kim的小組已經擴展并概括了他們之前的發現,他們發現像矽一樣的單個原子晶體不能通過“絲網”技術複制(該研究組稱為遠程外延)。但另一方面,任何帶有淨電極性的分子組成的2D薄片或薄膜都可以通過遠程外延大量生産。

該小組發現,其原因在于,石墨烯将離子電場從2D材料傳遞到流經石墨烯頂部的原料漿料。然後,這些區域引導漿料形成石墨烯下面成本昂貴的薄膜的完美複制品。

Kim使用簡寫術語“複制粘貼”來描述現在正在開發的廉價程序。(他承認,他目前不能給出報價,因為他們還沒有對這個過程進行經濟分析。)不過基于這種理解,該研究組表示能夠制造出單晶,并且是獨立、非常薄的膜複合材料。

Kim表示可以運用遠程外延工藝的行業和産品線包括太陽能(廉價但超高效的GaAs太陽能電池闆長期以來一直是大家期望的産品 )、光子學(将多個超薄薄膜疊加在一起,比如說,那個每個都有效地傳輸紅色LED燈和藍色LED燈)、可穿戴設備(使電子設備超靈活,且低功耗)和物聯網(同上)。

《Science》文章:Controlled crack propagation for atomic precision handling of wafer-scale two-dimensional materials

《Nature Material》文章:polarity governs atomic interaction through two-dimensional materials, Nature Materials, volume 17, pages999–1004 (2018)

雖然作為外延生長襯底的石墨烯對2D薄膜的性質的影響不能直接通過報道獲得,但是,這種新的2D材料生長方法無疑為未來的柔性電子提供了一種生産方案,方案未必非常廉價,但是提供了另一種可能性。

來源:石墨烯快訊

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