Graphene Menempatkan Nanomaterials Di Tempatnya

Nanomaterials menawarkan sifat optik dan listrik yang unik dan integrasi bottom-up dalam proses manufaktur semikonduktor industri. Namun, mereka juga menyajikan salah satu masalah penelitian yang paling menantang. Intinya, manufaktur semikonduktor saat ini tidak memiliki metode untuk menyimpan bahan nano di lokasi chip yang telah ditentukan tanpa kontaminasi bahan kimia. Menurut kami, grafena, salah satu bahan tertipis, terkuat, paling fleksibel, dan paling konduktif di planet ini, dapat membantu mengatasi tantangan manufaktur ini.

Tim kami, grup Teknologi dan Sains Industri di IBM Research-Brasil, berfokus pada pembuatan, aplikasi, dan adopsi bahan nano (yang berukuran sepersejuta milimeter) untuk aplikasi industri skala besar. Sampai sekitar 30 tahun yang lalu, tidak mungkin untuk melihat dan memanipulasi atom dan molekul tunggal. Dengan pengembangan teknik baru, kita dapat mulai bereksperimen dan berteori tentang dampak perilaku material pada skala nano.

Dalam makalah baru kami, "Penempatan nanomaterial yang diaktifkan dan diarahkan dari solusi untuk integrasi perangkat skala besar", diterbitkan di Nature Communications, kami dan mitra kolaborasi akademik kami membuktikan untuk pertama kalinya bahwa mungkin untuk menggemparkan graphene sehingga menyimpan material di lokasi mana pun yang diinginkan pada permukaan padat dengan jumlah pemilih yang hampir sempurna 97{ccf696850f4de51e8cea028aa388d2d2d2eef894571ad33a4aa3b26b43009887}. Menggunakan graphene dengan cara ini memungkinkan integrasi nanomaterial pada skala wafer dan dengan presisi nanometer.

Tidak hanya mungkin untuk menyimpan material di lokasi skala nano tertentu, kami juga melaporkan bahwa ini dapat dilakukan secara paralel, di beberapa lokasi deposisi, yang berarti memungkinkan untuk mengintegrasikan material nano dalam skala massal. Karya ini telah dipatenkan [US9412815B2].

Render artistik dari penempatan material skala nano yang dibantu medan listrik di antara pasangan elektroda graphene yang berlawanan yang disusun menjadi lapisan graphene besar yang terletak di atas substrat padat. Titik kuantum (merah), nanotube karbon (abu-abu), dan nanosheet molibdenum disulfida (putih/abu-abu) ditampilkan sebagai bahan nano 0D, 1D, dan 2D yang representatif yang dapat dirakit dalam skala besar berdasarkan berbasis graphene, bantuan medan listrik metode penempatan.

Grafena adalah bahan tertipis yang mampu menghantarkan listrik dan menyebarkan medan listrik. Medan listrik adalah apa yang kami gunakan untuk menempatkan bahan nano pada lembaran grafena:bentuk dan pola grafena (yang kami desain) menentukan di mana bahan nano ditempatkan. Ini menawarkan tingkat presisi yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk membangun bahan nano. Saat ini, pendekatan ini dilakukan dengan menggunakan bahan standar, kebanyakan logam seperti tembaga. Namun tantangan tersebut terjadi karena hampir tidak mungkin untuk menghilangkan tembaga dari bahan nano setelah dirakit, tanpa mempengaruhi kinerja atau menghancurkan bahan nano sepenuhnya. Graphene tidak hanya memberi kita presisi dalam penempatan nanomaterial, tetapi juga mudah dilepas dari nanomaterial yang dirakit.

Yang penting, metode ini bekerja terlepas dari bentuk bahan nano, misalnya, dengan titik kuantum, tabung nano, dan lembar nano dua dimensi. Kami telah menggunakan metode untuk membangun transistor yang berfungsi dan untuk menguji kinerjanya. Selain elektronik terintegrasi, metode ini dapat digunakan untuk manipulasi partikel dan perangkap dalam teknologi lab-on-chip (mikrofluida) [US20170292934A1].

Kemajuan dalam menggunakan graphene untuk penempatan bahan nano dapat digunakan untuk membuat panel surya generasi berikutnya, chip yang lebih cepat di ponsel dan tablet, atau perangkat kuantum eksplorasi, seperti emitor atau detektor cahaya kuantum on-chip yang dikontrol secara elektrik. Perangkat tersebut mampu memancarkan atau mendeteksi foton tunggal, prasyarat untuk komunikasi yang aman.

Bukti seperti penelitian yang dipublikasikan ini menunjukkan bahwa graphene dapat memungkinkan integrasi bahan nano yang tidak dapat dilakukan oleh bahan standar (yang digunakan saat ini). Ini dapat membuka jalan untuk dimasukkan ke dalam manufaktur elektronik skala industri, yang merupakan tujuan utama dari salah satu upaya penelitian paling ambisius secara global, Graphene Flagship. Dengan bekerja sama dengan mitra industri, kami berharap dapat mempercepat generasi pengetahuan, pengembangan teknologi, dan adopsi metode bottom-up untuk integrasi bahan nano.