Proses Skalabel Revolusi Memungkinkan Integrasi Luas Material 2D dalam Manufaktur Semikonduktor
Material dua dimensi (2D) memiliki potensi besar untuk menyediakan perangkat dengan ukuran yang jauh lebih kecil dan fungsionalitas yang diperluas dibandingkan apa yang dapat dicapai dengan teknologi silikon saat ini. Namun untuk mengeksploitasi potensi ini kita harus dapat mengintegrasikan material 2D ke dalam baris manufaktur semikonduktor — langkah yang terkenal sulit. Tim peneliti Graphene Flagship di Swedia dan Jerman sekarang melaporkan metode baru untuk membuat ini bekerja.
Integrasi material 2D dengan silikon atau dengan substrat yang memiliki elektronika terintegrasi menyajikan sejumlah tantangan. “Selalu ada langkah krusial ini untuk mentransfer dari substrat pertumbuhan khusus ke substrat akhir di mana Anda membangun sensor atau komponen,” kata Arne Quellmalz, peneliti di Anggota Asosiasi Graphene Flagship KTH. “Anda mungkin ingin menggabungkan detektor optik grafren untuk komunikasi on-chip dengan elektronika baca silikon, tetapi suhu pertumbuhan bahan-bahan itu terlalu tinggi, jadi Anda tidak dapat melakukannya secara langsung pada substrat perangkat.”
Sampai sekarang, sebagian besar metode eksperimental untuk mentransfer material 2D dari substrat pertumbuhan mereka ke elektronika yang diinginkan atau tidak kompatibel dengan manufaktur volume tinggi atau menyebabkan degradasi signifikan pada material 2D dan properti elektroniknya. Keindahan solusi yang diusulkan oleh Quellmalz dan rekan-rekannya adalah bahwa ia terletak pada toolkit yang ada dalam manufaktur semikonduktor: untuk menggunakan bahan dielektrik standar yang disebut bisbenzocyclobutene (BCB), bersama dengan peralatan bonding wafer konvensional.
“Kami dasarnya menempelkan dua wafer bersama dengan resin yang terbuat dari BCB,” kata Quellmalz. “Kami memanaskan resin, sampai menjadi viskous, seperti madu, dan menekan material 2D terhadapnya.” Pada suhu ruangan, resin menjadi padat dan membentuk koneksi stabil antara material 2D dan wafer. “Untuk menumpuk material, kami mengulangi langkah memanaskan dan menekan. Resin menjadi viskous lagi dan berperilaku seperti bantal, atau waterbed, yang mendukung tumpukan lapis dan menyesuaikan dengan permukaan material 2D baru.”
Peneliti menunjukkan transfer grafren dan disulfida molibdenum (MoS2), sebagai perwakilan untuk dalkogenida logam transisi, dan menumpuk grafren dengan nitrida boron heksagonal (hBN) dan MoS2 menjadi heterostruktur. Semua lapis dan heterostruktur yang ditransfer dilaporkan berkualitas tinggi, yaitu, mereka memiliki cakupan seragam hingga wafer silikon berukuran 100 milimeter dan menunjukkan regangan yang sedikit pada material 2D yang ditransfer.
Menurut peneliti, metode transfer mereka secara prinsip dapat diterapkan pada material 2D apa pun, terlepas dari ukuran dan jenis substrat pertumbuhan. Dan, karena ia hanya bergantung pada alat dan metode yang sudah umum dalam industri semikonduktor, ini dapat secara substansial mempercepat kemunculan di pasaran generasi baru perangkat di mana material 2D diintegrasikan di atas sirkuit terpadu konvensional atau sistem mikro. Karya ini adalah langkah penting menuju tujuan itu dan, meskipun banyak tantangan lebih lanjut masih tersisa, rentang aplikasi potensial adalah luas: dari fotonika, hingga sensoring, hingga komputasi neuromorfik. Integrasi material 2D dapat menjadi perubahan permainan yang nyata untuk industri teknologi tinggi Eropa.
