壊れやすい2次元材料を安全にデバイスに統合することに成功(Researchers safely integrate fragile 2D materials into devices)

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2023-12-08 マサチューセッツ工科大学(MIT)

◆マサチューセッツ工科大学(MIT)などの研究者は、2次元材料を従来の製造手法を使わずにデバイスに統合する新しい技術を開発しました。この手法は、2次元材料を他のデバイス層に物理的に積層することで、表面を傷つけずにデバイスを構築できるもので、材料の光学的および電気的特性を最大限に活用できます。
◆従来の製造技術では、2次元材料は化学物質や高温、エッチングなどの破壊的なプロセスにより損傷しやすかったため、この新手法は重要な進歩です。これにより、新機能を備えた2次元トランジスタなどが製造され、高性能コンピューティング、センシング、柔軟エレクトロニクスなどの分野で応用が期待されます。

<関連情報>

粘着性マトリックス転写を用いたファンデルワールス力の限界を超えたファンデルワールスデバイスの統合 Van der Waals device integration beyond the limits of van der Waals forces using adhesive matrix transfer

Peter F. Satterthwaite,Weikun Zhu,Patricia Jastrzebska-Perfect,Melbourne Tang,Sarah O. Spector,Hongze Gao,Hikari Kitadai,Ang-Yu Lu,Qishuo Tan,Shin-Yi Tang,Yu-Lun Chueh,Chia-Nung Kuo,Chin Shan Lue,Jing Kong,Xi Ling &Farnaz Niroui
Nature Electronics  Published:08 December 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41928-023-01079-8

extended data figure 1

Abstract

Pristine van der Waals (vdW) heterostructures formed between two-dimensional (2D) and other materials can be used to create optical and electronic devices. However, the weak vdW forces alone do not allow direct physical stacking of arbitrary layers. As a result, vdW heterostructure fabrication typically requires solvents, sacrificial layers or high temperatures, which can introduce damage and contaminants. Here, we show that adhesive matrix transfer can eliminate these limitations and can provide vdW integration beyond the limits of vdW forces. In the approach, a hybrid high- and low-adhesion surface is used to decouple the forces driving the transfer from the vdW forces defining the heterostructure of interest. We show that the technique can be used to achieve direct vdW integration of diverse 2D materials (MoS2, WSe2, PtS2 and GaS) with dielectrics (SiO2 and Al2O3), which is conventionally forbidden but critical for active devices and scalable, aligned heterostructure formation. The approach also allows single-step 2D material-to-device integration, which we illustrate by fabricating arrays of monolayer MoS2 transistors. As any exposure to solvents or polymers is avoided, the interfaces and surfaces remain pristine. Thus, intrinsic 2D material properties can be probed without the influence of processing steps. The materials can be further engineered through surface treatments and used to fabricate unconventional device form factors.

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