나노 물질을 제자리에 배치한 그래핀

나노 물질은 산업 반도체 제조 공정 내에서 독특한 광학 및 전기적 특성과 상향식 통합을 제공합니다. 그러나 그들은 또한 가장 어려운 연구 문제 중 하나를 제시합니다. 본질적으로 오늘날 반도체 제조에는 화학적 오염 없이 미리 정의된 칩 위치에 나노물질을 증착하는 방법이 없습니다. 우리는 지구상에서 가장 얇고, 가장 강하고, 가장 유연하고, 가장 전도성이 높은 물질 중 하나인 그래핀이 이러한 제조 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다고 생각합니다.

IBM Research-Brazil의 Industrial Technology and Science 그룹인 우리 팀은 대규모 산업 응용 프로그램을 위한 나노 물질(100만분의 1밀리미터 크기)의 구축, 응용 및 채택에 중점을 두고 있습니다. 약 30년 전까지만 해도 단일 원자와 분자를 보고 조작하는 것은 불가능했습니다. 새로운 기술의 개발로 우리는 나노스케일에서 물질의 거동이 미치는 영향에 대해 실험하고 이론화할 수 있습니다.

네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재된 "대규모 장치 통합을 위한 솔루션에서 그래핀 활성화 및 지시된 나노물질 배치"라는 새로운 논문에서 우리와 우리의 학술 협력 파트너는 그래핀을 전기화하여 물질을 증착할 수 있음을 처음으로 입증했습니다. 97{ccf696850f4de51e8cea028aa388d2d2d2eef894571ad33a4aa3b26b43009887}의 거의 완벽한 투표율로 단단한 표면의 원하는 위치에서. 이러한 방식으로 그래핀을 사용하면 웨이퍼 규모에서 나노미터 정밀도로 나노물질을 통합할 수 있습니다.

특정 나노 규모 위치에 물질을 증착할 수 있을 뿐만 아니라 여러 증착 사이트에서 동시에 수행할 수 있다고 보고했습니다. 이는 나노 물질을 대량으로 통합할 수 있음을 의미합니다. 이 작업은 [US9412815B2] 특허를 받았습니다.

고체 기판 위에 위치한 큰 그래핀 층으로 구조화된 대향 그래핀 전극 쌍 사이의 나노크기 물질의 전기장 보조 배치의 예술적 렌더링. Quantum Dot(빨간색), 탄소나노튜브(회색), 이황화몰리브덴 나노시트(흰색/회색)는 그래핀 기반, 전계 보조 기반의 대규모 조립이 가능한 대표적인 0D, 1D, 2D 나노물질로 제시 배치 방법.

그래핀은 전기를 전도하고 전기장을 전파할 수 있는 가장 얇은 물질입니다. 전기장은 그래핀 시트에 나노물질을 배치하는 데 사용하는 것입니다. 그래핀의 모양과 패턴(저희가 설계)은 나노물질이 배치되는 위치를 결정합니다. 이것은 나노 물질을 구축하기 위한 전례 없는 수준의 정밀도를 제공합니다. 오늘날 이 접근 방식은 표준 재료, 주로 구리와 같은 금속을 사용하여 수행됩니다. 그러나 성능에 영향을 미치거나 나노 물질을 완전히 파괴하지 않고 일단 조립되면 나노 물질에서 구리를 제거하는 것이 거의 불가능하기 때문에 문제가 발생합니다. 그래핀은 나노물질 배치의 정확성을 제공할 뿐만 아니라 조립된 나노물질에서 쉽게 제거할 수 있습니다.

중요한 것은 이 방법은 예를 들어 양자점, 나노튜브 및 2차원 나노시트와 같이 나노물질의 모양에 관계없이 작동한다는 것입니다. 우리는 이 방법을 사용하여 작동하는 트랜지스터를 만들고 성능을 테스트했습니다. 통합 전자 장치 외에도 이 방법은 랩온칩(미세 유체) 기술에서 입자 조작 및 트래핑에 활용될 수 있습니다[US20170292934A1].

나노 물질 배치를 위한 그래핀 사용의 발전은 차세대 태양 전지판, 휴대폰 및 태블릿의 더 빠른 칩, 또는 전기적으로 제어되는 온칩 양자 광 방출기 또는 검출기와 같은 탐색적 양자 장치를 만드는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 장치는 보안 통신의 전제 조건인 단일 광자를 방출하거나 감지할 수 있습니다.

이 출판된 연구와 같은 증거는 그래핀이 표준 물질(오늘날 사용되는)이 할 수 없는 나노 물질의 통합을 가능하게 할 수 있음을 시사합니다. 이것은 전 세계적으로 가장 야심 찬 연구 노력 중 하나인 Graphene Flagship의 핵심 목표인 산업 규모의 전자 제품 제조에 포함될 수 있는 길을 열 수 있습니다. 산업 파트너와 협력하여 나노 물질 통합을 위한 이 상향식 방법의 지식 생성, 기술 개발 및 채택을 가속화하기를 바랍니다.

대규모 장치 통합을 위한 솔루션에서 그래핀 지원 및 방향성 나노물질 배치. 네이처 커뮤니케이션즈. DOI:10.1038/s41467-018-06604-4.