Naukowcy demonstrują samoorganizującą się elektronikę

Naukowcy demonstrują samoorganizującą się elektronikę

Naukowcy zademonstrowali nową technikę samodzielnego składania urządzeń elektronicznych. Prace weryfikacyjne posłużyły do ​​stworzenia diod i tranzystorów, co toruje drogę do samodzielnego montażu bardziej złożonych urządzeń elektronicznych bez polegania na istniejących technikach produkcji chipów komputerowych.

„Istniejące techniki produkcji chipów obejmują wiele etapów i opierają się na niezwykle złożonych technologiach, przez co proces ten jest kosztowny i czasochłonny” – mówi Martin Thuo, autor korespondent artykułu na temat tej pracy oraz profesor nauk o materiałach i inżynierii na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej. „Nasze podejście do samoorganizacji jest znacznie szybsze i tańsze. Pokazaliśmy również, że możemy wykorzystać ten proces do dostrojenia pasma wzbronionego dla materiałów półprzewodnikowych i sprawienia, aby materiały reagowały na światło, co oznacza, że ​​tę technikę można wykorzystać do tworzenia optoelektroniki urządzenia.

„Co więcej, obecne techniki produkcyjne charakteryzują się niską wydajnością, co oznacza, że ​​wytwarzają stosunkowo dużą liczbę wadliwych chipów, których nie można użyć. Nasze podejście zakłada wysoką wydajność, co oznacza, że ​​uzyskujesz bardziej spójną produkcję macierzy i mniej odpadów”.

Thuo nazywa tę nową technikę samoorganizacji ukierunkowaną reakcją metal-ligand (D-Met). Oto jak to działa.

Zaczynasz od cząstek ciekłego metalu. Do weryfikacji koncepcji naukowcy wykorzystali metal Fielda, który jest stopem indu, bizmutu i cyny. Cząsteczki ciekłego metalu umieszczane są obok formy, którą można wykonać w dowolnym rozmiarze i wzorze. Następnie na ciekły metal wylewa się roztwór. Roztwór zawiera cząsteczki zwane ligandami, które składają się z węgla i tlenu. Ligandy te zbierają jony z powierzchni ciekłego metalu i utrzymują je w określonym wzorze geometrycznym. Roztwór przepływa przez cząstki ciekłego metalu i jest wciągany do formy.

Gdy roztwór wpływa do formy, ligandy zawierające jony zaczynają łączyć się w bardziej złożone, trójwymiarowe struktury. W międzyczasie ciekła część roztworu zaczyna parować, co służy upakowaniu złożonych struktur coraz bliżej siebie, tworząc układ.

„Bez pleśni struktury te mogą tworzyć nieco chaotyczne wzory” – mówi Thuo. „Ale ponieważ rozwiązanie jest ograniczone przez formę, struktury tworzą przewidywalne, symetryczne układy”.

Gdy konstrukcja osiągnie pożądany rozmiar, forma jest usuwana, a układ jest podgrzewany. Ciepło to rozbija ligandy, uwalniając atomy węgla i tlenu. Jony metali oddziałują z tlenem, tworząc półprzewodnikowe tlenki metali, podczas gdy atomy węgla tworzą arkusze grafenu. Składniki te łączą się w dobrze uporządkowaną strukturę składającą się z cząsteczek półprzewodnikowego tlenku metalu owiniętych arkuszami grafenu. Naukowcy wykorzystali tę technikę do stworzenia tranzystorów i diod w skali nano i mikro.

„Arkusze grafenu można wykorzystać do dostrojenia pasma wzbronionego półprzewodników, dzięki czemu półprzewodnik będzie mniej lub bardziej responsywny, w zależności od jakości grafenu” – mówi Julia Chang, pierwsza autorka artykułu i badaczka ze stopniem doktora w NC State.

Ponadto, ponieważ badacze wykorzystali bizmut w pracach weryfikacyjnych, byli w stanie stworzyć struktury reagujące na światło. Umożliwia to badaczom manipulowanie właściwościami półprzewodników za pomocą światła.

„Charakter techniki D-Met oznacza, że ​​można wytwarzać te materiały na dużą skalę – ogranicza Cię jedynie rozmiar używanej formy” – mówi Thuo. „Można także kontrolować struktury półprzewodnikowe, manipulując rodzajem cieczy użytej w roztworze, wymiarami formy i szybkością parowania roztworu.

„Krótko mówiąc, pokazaliśmy, że potrafimy samodzielnie składać wysoce ustrukturyzowane, wysoce przestrajalne materiały elektroniczne do wykorzystania w funkcjonalnych urządzeniach elektronicznych” – mówi Thuo. „W tej pracy zademonstrowano tworzenie tranzystorów i diod. Następnym krokiem jest wykorzystanie tej techniki do tworzenia bardziej złożonych urządzeń, takich jak trójwymiarowe chipy”.

Artykuł zatytułowany „Guided Ad infinitum Assembly of Mixed-Metal Oxide Arrays from Liquid Metal” został opublikowany w otwartym dostępie w czasopiśmie Materials Horizons. Pierwszą autorką artykułu jest Julia Chang, badaczka ze stopniem doktora w NC State. Współautorem artykułu jest Andrew Martin, pracownik naukowy ze stopniem doktora w NC State; Alana Pauls i dr Dhanush Jamadgni studenci stanu NC; oraz przez Chuanshen Du, Le Wei, Thomasa Warda i Meng Lu z Iowa State University.

Chang, Martin i Thuo ubiegają się o patent związany z badaniami D-Met. Chang, Ward i Du mają odrębny wniosek patentowy związany z badaniami D-Met.

Praca została wykonana przy wsparciu National Science Foundation Center for Complex Particle Systems w ramach grantu 2243104.

Click to rate this post!
[Total: 0 Average: 0]
science