자가 조립 전자 장치의 획기적인 발전:연구원들이 새로운 장치 제조를 선보였습니다.

전자 및 센서 내부자

D-Met 제작 패턴은 MEMS(미세 전자 기계 시스템)에서 잠재적으로 사용할 수 있는 구성 요소를 생산합니다. (이미지 :줄리아 장)

연구원들이 전자 장치를 자가 조립하는 새로운 기술을 시연했습니다. 개념 증명 작업은 다이오드와 트랜지스터를 만드는 데 사용되었으며 기존 컴퓨터 칩 제조 기술에 의존하지 않고 보다 복잡한 전자 장치를 자체 조립할 수 있는 길을 열었습니다.

"기존 칩 제조 기술은 여러 단계를 포함하고 극도로 복잡한 기술에 의존하기 때문에 프로세스에 많은 비용과 시간이 소요됩니다."라고 이 연구에 대한 논문의 교신 저자이자 노스캐롤라이나 주립 대학의 재료 과학 및 공학 교수인 Martin Thuo가 말했습니다. "우리의 자체 조립 접근 방식은 훨씬 더 빠르고 비용도 저렴합니다. 또한 이 프로세스를 사용하여 반도체 재료의 밴드갭을 조정하고 재료가 빛에 반응하도록 만들 수 있음을 입증했습니다. 즉, 이 기술을 광전자 장치를 만드는 데 사용할 수 있다는 의미입니다.

게다가 현재 제조 기술은 수율이 낮습니다. 즉, 사용할 수 없는 결함이 있는 칩이 비교적 많이 생산된다는 의미입니다. 우리의 접근 방식은 높은 수율입니다. 이는 어레이를 보다 일관되게 생산하고 낭비를 줄이는 것을 의미합니다.”

Thuo는 새로운 자가 조립 기술을 방향성 금속 리간드(D-Met) 반응이라고 부릅니다. 액체 금속 입자로 시작합니다. 개념 증명 작업을 위해 연구원들은 인듐, 비스무트 및 주석의 합금인 필드의 금속을 사용했습니다. 액체 금속 입자는 어떤 크기나 패턴으로도 만들 수 있는 금형 옆에 배치됩니다. 그런 다음 용액을 액체 금속 위에 붓습니다. 용액에는 탄소와 산소로 구성된 리간드라고 불리는 분자가 포함되어 있습니다. 이러한 리간드는 액체 금속 표면에서 이온을 수확하고 특정 기하학적 패턴으로 해당 이온을 보유합니다. 용액은 액체 금속 입자를 가로질러 흐르며 금형 안으로 빨려 들어갑니다.

용액이 몰드 안으로 흘러들어감에 따라 이온 함유 리간드는 더 복잡한 3차원 구조로 스스로 조립되기 시작합니다. 그 사이에 용액의 액체 부분이 증발하기 시작하여 복잡한 구조를 배열로 점점 더 가깝게 채우는 역할을 합니다.

"곰팡이가 없으면 이러한 구조는 다소 혼란스러운 패턴을 형성할 수 있습니다"라고 Thuo는 말했습니다. "그러나 솔루션은 금형에 의해 제한되기 때문에 구조는 예측 가능한 대칭 배열로 형성됩니다."

구조가 원하는 크기에 도달하면 금형을 제거하고 어레이를 가열합니다. 이 열은 리간드를 분해하여 탄소와 산소 원자를 유리시킵니다. 금속 이온은 산소와 상호 작용하여 반도체 금속 산화물을 형성하고, 탄소 원자는 그래핀 시트를 형성합니다. 이러한 성분들은 그래핀 시트로 감싼 반도체 금속 산화물 분자로 구성된 잘 정돈된 구조로 스스로 조립됩니다. 연구원들은 이 기술을 사용하여 나노 규모 및 마이크로 규모의 트랜지스터와 다이오드를 만들었습니다.

“그래핀 시트는 반도체의 밴드갭을 조정하는 데 사용될 수 있으며, 그래핀의 품질에 따라 반도체의 반응성을 다소 높일 수 있습니다.”라고 NC State의 박사후 연구원이자 논문 제1저자인 Julia Chang이 말했습니다. 또한, 연구진은 개념 증명 작업에 비스무트를 사용했기 때문에 광반응하는 구조를 만들 수 있었습니다. 이를 통해 연구원들은 빛을 사용하여 반도체의 특성을 조작할 수 있습니다.

"D-Met 기술의 특성은 이러한 재료를 대규모로 만들 수 있다는 것을 의미합니다. 사용하는 금형의 크기에 의해서만 제한이 적용됩니다."라고 Thuo는 말했습니다. “또한 용액에 사용되는 액체의 종류, 금형의 크기, 용액의 증발 속도를 조작하여 반도체 구조를 제어할 수 있습니다.

간단히 말해서, 우리는 기능성 전자 장치에 사용하기 위해 고도로 구조화되고 고도로 조정 가능한 전자 재료를 자체 조립할 수 있다는 것을 보여주었습니다.라고 Thuo는 말했습니다. "이 연구는 트랜지스터와 다이오드의 생성을 시연했습니다. 다음 단계는 이 기술을 사용하여 3차원 칩과 같은 보다 복잡한 장치를 만드는 것입니다."

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