研究人员找到更好的方法来制造快速的电脑芯片


俄亥俄州哥伦布,俄亥俄州 - 俄亥俄州立大学工程师正在开发大规模生产计算机芯片由铅笔中找到相同的材料制成的技术。

专家认为,石墨烯 - 石墨铅笔中的碳片状形式 - 是更小,更快的电子产品的关键。它也可能提供量子力学效应,使新型电子产品成为可能。迄今为止,大多数研究人员只能在传统的氧化硅衬底上创建一个小型石墨烯器件。他们无法控制将器件放置在基板上的位置,并且不得不一次将其连接到其他电子设备上进行测试。

Nitin Padture及其同事在3月26日发布的 Advanced Materials 杂志上发表了一篇文章,描述了将许多石墨烯薄片一次冲压到精确位置的技术。

“我们设计了与标准芯片制造实践相结合的技术,”工程学院材料科学与工程学院杰出教授Padture说。美国俄亥俄州立新材料中心主任帕德尔说:“石墨烯具有巨大的潜力,它被称为”新硅“。 “但是高吞吐量制造芯片还没有一个好的过程。业界有几十年的芯片制造技术,我们可以利用,如果只有我们可以在预定位置重复创建数以百万计的这些石墨烯结构精确的模式。这个结果是一个概念证明,我们应该能够做到这一点。“

石墨烯是由碳原子排列成六角形,类似于鸡丝。在石墨中,许多平坦的石墨烯片被堆叠在一起。

“当你用铅笔写字时,你会把石墨片留在纸上,”Padture说。

每张纸都很薄 - 十分之几纳米(十亿分之一米) - 研究人员认为它是一个二维的晶体。

研究人员已经表明,单张,甚至几张石墨烯可以表现出特殊的性质。一个这样的特性是非常高的机动性,其中电子可以很快地通过它 - 这对于快速电子学来说是一个很好的特性。另一个是磁性:磁场可以用来控制石墨烯电子的自旋,这将使基于自旋的电子学,也被称为自旋电子学。

另一个特点是石墨烯的性能在接触其他材料时会有多大的改变。这使得它成为化学传感器的一个很好的候选材料。

在这种方法中,Padture和他的俄亥俄州的同事们将石墨雕刻成不同的形状 - 例如微观柱子的领域,然后将形状印在氧化硅表面上。

“想象一堆石墨烯石墨片作为一副牌。当你把它与氧化硅接触并将其拉开时,你可以在接触点附近“分开甲板”,留下一些石墨烯层。我们通过计算机模拟发现,石墨烯表面与氧化硅表面的相互作用如此强烈,以致石墨烯层之间的化学键减弱,而较低层分离。“Padture说。

在这个第一系列的实验中,俄亥俄州研究人员能够印上厚达十层或更厚的高清晰度特征。然后,石墨印章可以在相同或其他基材上的其他预定位置重复使用,从而使其成为潜在的批量生产方法。他们使用三种不同的显微镜 - 扫描电子显微镜,光学显微镜和原子力显微镜 - 来测量特征的高度,并确保它们精确地放置在基底上。

他们最终希望通过在硅氧化物以外的材料上印上仅有一层或两层厚的狭窄特征。

在计算机模拟中,他们发现每种材料与石墨烯都有不同的相互作用。所以成功可能依靠 找到正确的基底材料组合,哄骗石墨烯在一层或两层中断。这也将调整石墨烯的性质。