2D 재료의 대면적 통합을 위한 확장 가능한 방법

2차원(2D) 재료는 오늘날의 실리콘 기술로 달성할 수 있는 것과 관련하여 훨씬 더 작은 크기와 확장된 기능을 가진 장치를 제공할 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 이러한 잠재력을 활용하려면 2D 재료를 반도체 제조 라인에 통합할 수 있어야 합니다. 이는 매우 어려운 단계입니다. 스웨덴과 독일의 Graphene Flagship 연구원 팀은 이제 이 작업을 수행하는 새로운 방법을 보고합니다.

2D 재료를 실리콘 또는 통합 전자 장치가 있는 기판과 통합하는 것은 여러 가지 문제를 제시합니다. Graphene Flagship Associate Member KTH의 연구원인 Arne Quellmalz는 "특수 성장 기판에서 센서 또는 구성 요소를 구축하는 최종 기판으로 옮기는 중요한 단계가 항상 있습니다. "광학 온칩 통신을 위한 그래핀 광검출기를 실리콘 판독 전자 장치와 결합하고자 할 수 있지만 이러한 물질의 성장 온도가 너무 높아 장치 기판에서 직접 수행할 수 없습니다."

지금까지 2D 재료를 성장 기판에서 원하는 전자 장치로 옮기는 실험 방법의 대부분은 대량 제조와 호환되지 않거나 2D 재료 및 전자 특성의 심각한 저하를 초래합니다. Quellmalz와 동료들이 제안한 솔루션의 장점은 기존의 웨이퍼 본딩 장비와 함께 BCB(비스벤조사이클로부텐)라는 표준 유전체 재료를 사용하는 반도체 제조의 기존 툴킷에 있다는 것입니다.

"우리는 기본적으로 BCB로 만든 수지로 두 개의 웨이퍼를 접착합니다."라고 Quellmalz는 말했습니다. "우리는 수지를 꿀처럼 점성이 될 때까지 가열하고 2D 재료를 눌러 붙입니다." 실온에서 수지는 고체가 되어 2D 재료와 웨이퍼 사이에 안정적인 연결을 형성합니다. “재료를 쌓기 위해 가열과 압착 단계를 반복합니다. 수지는 다시 점성이 되어 레이어 스택을 지원하고 새로운 2D 재료의 표면에 적응하는 쿠션이나 물침대처럼 작동합니다.”

연구원들은 전이 금속 이칼코게나이드의 대표적인 예인 그래핀과 이황화몰리브덴(MoS2)의 전이와 육방정계 질화붕소(hBN) 및 MoS2가 있는 적층 그래핀을 헤테로구조로 이동시키는 것을 시연했다. 전송된 모든 레이어와 이종 구조는 고품질로 보고되었습니다. 즉, 최대 100밀리미터 크기의 실리콘 웨이퍼에 걸쳐 균일한 적용 범위를 특징으로 하고 전송된 2D 재료에서 변형을 거의 나타내지 않았습니다.

연구원들에 따르면, 이들의 전사 방법은 원칙적으로 성장 기판의 크기 및 유형에 관계없이 모든 2D 재료에 적용할 수 있습니다. 그리고 반도체 산업에서 이미 보편적인 도구와 방법에만 의존하기 때문에 기존의 집적 회로 또는 마이크로시스템 위에 2D 재료가 집적된 차세대 장치의 시장 출시를 상당히 가속화할 수 있습니다. 이 작업은 그 목표를 향한 중요한 단계이며 더 많은 과제가 남아 있지만 잠재적인 응용 범위는 광자에서 감지, 뉴로모픽 컴퓨팅에 이르기까지 광범위합니다. 2D 재료의 통합은 유럽 하이테크 산업의 진정한 판도를 바꿀 수 있습니다.