美国麻省理工学院(MIT)的研究人员最近发明了一种用于大规模生产昂贵电路的新型“复制/粘贴”(copy/paste)方法。这项技术是在制造上覆石墨稀的“供体”(donor)晶圆后,采用“沉积-剥离”(复制/粘贴)的方式,从而降低电路与下层晶圆的成本。

该技术能有助于制造商以较简单且低成本的方式,结合硅(Si)以及诸如用于晶体管管通道的砷化镓(GaAs)等昂贵材料。

麻省理工学院教授Jeehwan Kim表示,“我们利用了石墨烯的强度及其润滑的特质,而非其电气性能,因而可制造昂贵材料的极薄电路,从而大幅降低使用特殊材料的总成本。” rcj_MIT-Graphene-CopyPaste-3_1492550555 从左到右依次为博士后Kyusang Lee,Jeehwan Kim教授(坐),研究生Samuel Cruz和Yunjo Kim。 (资料来源:Jose-Luis Olivares / MIT)

例如,目前,英特尔(Intel)、IBM等许多制造商正致力于硅晶圆上生长GaAs晶体管通道,但由于硅与GaAs之间的晶格无法匹配,终究无法达到高质量的结果。然而,据Kim表示,采用远程外延的方式,能够分别从石墨烯顶部供体晶圆剥离的GaAs薄层上制造这些GaAs信道,并接合于硅晶圆上,而不至于造成任何晶格不匹配的问题。

研究人员利用仅沉积单原子层厚的石墨烯单层方式,形成了供体晶圆。由于石墨烯接合至供体晶圆顶部且“可滑动”,因而可在此堆栈顶部制造昂贵的材料薄层,而又不至于黏在该供体晶圆上。Kim的研究团队再从供体晶圆上简单地剥离昂贵的顶部半导体层,然后移植到低廉的基板(例如硅基板)上。这种低成本的基板甚至可用芯片中的源极与汲极制图,然后进行蚀刻而将GaAs通道添加到其他的CMOS电路。由于不存在晶格不匹配的问题,所取得具有GaAs通道的硅晶晶体管将超越今所用的任何硅通道晶体管。 rcj_MIT-Graphene-CopyPaste-2_1492550621 研究人员在石墨烯上生长发光二极管(LED),剥离后再放置于另一基板上 (来源:MIT)

由于石墨烯比钢强600倍,而且能与下方供体晶圆紧密地接合,使得这一过程得以不断地重复,如同用于大规模生产橡胶车轮的钢模具,有助于石墨烯大量生产结合特殊材料的CMOS晶圆。这些特殊材料本身还可用于LED、太阳能电池、高功率晶体管或其他组件。研究团队宣称,单供体晶圆采用这种“复制-粘贴”的方式目前还没有次数的限制。

该研究团队已经实验证实了采用特殊材料降低成本的可行性,包括GaAs、磷化铟(InP)和磷化镓(GaP)等特殊材料,他们还将特殊材料的主动层移植到低成本的软性基板上,成功地制造出LED。 rcj_MIT-Graphene-CopyPaste-1_1492550683 从硅晶圆上剥离镍薄膜,展现使用2D材料转换晶圆工艺的概念 (来源:Jose-Luis Olivares / MIT)

接下来,研究人员计划尝试用于服装和其他可穿戴材料上的技术,并试图堆栈多层以创造更复杂的组件。

编译:Susan Hong

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载

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