Grafit Mengaktifkan Penempatan Nanomaterial yang Tepat untuk Integrasi Perangkat Skala Industri
Nanomaterial menyajikan karakteristik optik dan listrik yang tak tertandingi dan menjanjikan integrasi bottom-up ke dalam pembuatan semikonduktor utama. Namun, penempatan yang tepat dan bebas kontaminasi pada situs chip yang ditetapkan tetap menjadi tantangan besar. Grafit—yang sangat tipis, kuat, fleksibel, dan sangat konduktif—menawarkan solusi yang transformatif.
Di kelompok Teknologi dan Sains Industri IBM Research-Brazil, kami mengembangkan, menerapkan, dan memverlaskan nanomaterial—partikel satu perseribu milimeter—for penggunaan produksi massal. Tiga dek yang lalu, mengamati dan memanipulasi satu atom adalah mustahil; teknik modern kini memungkinkan kami untuk menyelidiki dan memodelkan perilaku skala nano.
Dalam artikel kami yang baru, “Penempatan nanomaterial yang diaktifkan dan diarahkan oleh grafit dari larutan untuk integrasi perangkat skala besar,” yang dipublikasikan di Nature Communications, kami dan mitra akademik kami membuktikan untuk pertama kalinya bahwa mungkin untuk mengelektrify grafit sehingga ia menempatkan materi pada lokasi mana pun pada permukaan padat dengan hasil hampir sempurna sebesar 97 %.
Menggunakan grafit dengan cara ini memungkinkan integrasi nanomaterial skala wafer dengan presisi nanometer. Kami tidak hanya dapat menempatkan materi pada lokasi nano yang spesifik, kami juga membuktikan bahwa ini dapat dilakukan secara paralel di banyak situs—mengaktifkan integrasi skala massal. Pekerjaan ini telah dipatenkan (US9412815B2).
Renderisasi artistik penempatan assisted medan listrik material skala nano antara pasangan elektroda grafit yang berhadapan yang terstruktur dalam lapisan grafit besar yang terletak di atas substrat padat. Titik kuantum (merah), nanoribbon karbon (abu-abu), dan lembar molibdenum disulfida (putih/abu-abu) ditunjukkan sebagai representasi material nano 0D, 1D, dan 2D yang dapat dirangkaikan dalam skala besar berdasarkan metode penempatan assisted medan listrik berbasis grafit.
Grafit adalah materi konduktif paling tipis yang dapat mendukung medan listrik. Kami memanfaatkan medan ini untuk memandu nanomaterial onto lembar grafit: bentuk dan pola yang dirancang elektroda grafit menentukan penempatan akhir. Ini memberikan presisi yang tak tertandingi untuk membangun nanomaterial. Metode tradisional mengandalkan logam seperti tembaga, namun tembaga tidak dapat dihapus secara bersih setelah perakitan, yang mengancam performa atau merusak nanomaterial. Grafit menawarkan presisi dan pengangkatan yang mudah.
Metode ini bekerja terlepas dari geometri nanomaterial—titik kuantum, nanoribbon karbon, lembar dua dimensi, dll. Kami telah membuat transistor fungsional dan mengevaluasi performa mereka. Di luar elektronika, teknik ini dapat diterapkan pada manipulasi dan pemancingan partikel dalam mikrofluidik lab-on-chip (US20170292934A1).
Kemajuan dalam penempatan nanomaterial berbasis grafit dapat memungkinkan sel surya generasi berikut, prosesor yang lebih cepat untuk ponsel cerdas dan tablet, dan perangkat kuantum seperti pemancar atau detektor cahaya kuantum on-chip yang dikendalikan listrik. Perangkat tersebut dapat memancar atau mendeteksi satu foton, yang esensial untuk komunikasi kuantum yang aman.
Bukti dari penelitian kami menunjukkan bahwa grafit dapat mengintegrasikan nanomaterial dengan cara yang tidak dapat dilakukan materi standar, membuka jalan untuk manufaktur elektronik skala industri—sebuah tujuan dari inisiatif Graphene Flagship yang ambisius. Dengan bermitra dengan industri, kami bertujuan untuk mempercepat generasi pengetahuan, pengembangan teknologi, dan adopsi metode integrasi bottom-up ini.
Penempatan nanomaterial yang diaktifkan dan diarahkan oleh grafit dari larutan untuk integrasi perangkat skala besar. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-018-06604-4.
