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MIT发展石墨烯柔性电子:降低砷化镓和氮化镓芯片成本

麻省理工学院(MIT)的一个研究小组最近几周宣布了几项科技进展,使得柔性电子的创新融合更接近可实现的目标。Jeehwan Kim的研究小组本月分别在《Nature Materials》以及《Science》上宣布他们可以低成本地大规模生产超薄砷化镓和氮化镓芯片,以及制造其他二维电子设备(如微型光子器件)所需的单层材料。

Kim的团队基本上使用石墨烯片作为纳米尺寸的丝网,通过这种丝网可以制造昂贵的外来材料半导体。

大体配方如下:使用昂贵的、超薄的如砷化镓之类纯半导体材料薄膜,并在上面铺设单层石墨烯。然后将镓和砷的原子流过石墨烯,及中间体衬底表面,在该表面上可将相同的底层超薄半导体膜复制到石墨烯的上部,尽管该过程为何如此有效之前是一直不太清楚的。

在目前的工作中,Kim的小组已经扩展并概括了他们之前的发现,他们发现像硅一样的单个原子晶体不能通过“丝网”技术复制(该研究组称为远程外延)。但另一方面,任何带有净电极性的分子组成的2D薄片或薄膜都可以通过远程外延大量生产。

该小组发现,其原因在于,石墨烯将离子电场从2D材料传递到流经石墨烯顶部的原料浆料。然后,这些区域引导浆料形成石墨烯下面成本昂贵的薄膜的完美复制品。

Kim使用简写术语“复制粘贴”来描述现在正在开发的廉价程序。(他承认,他目前不能给出报价,因为他们还没有对这个过程进行经济分析。)不过基于这种理解,该研究组表示能够制造出单晶,并且是独立、非常薄的膜复合材料。

Kim表示可以运用远程外延工艺的行业和产品线包括太阳能(廉价但超高效的GaAs太阳能电池板长期以来一直是大家期望的产品 )、光子学(将多个超薄薄膜叠加在一起,比如说,那个每个都有效地传输红色LED灯和蓝色LED灯)、可穿戴设备(使电子设备超灵活,且低功耗)和物联网(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)

虽然作为外延生长衬底的石墨烯对2D薄膜的性质的影响不能直接通过报道获得,但是,这种新的2D材料生长方法无疑为未来的柔性电子提供了一种生产方案,方案未必非常廉价,但是提供了另一种可能性。

来源:石墨烯快讯

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