Nature Communications 近日刊文,介绍了一种使用液态金属为原料,2D 打印来制造集成电路的技术。电子行业的基本技术自 1920 年以来没有进展,因此这种新的2D打印技术十分重要,能够制作出超薄的电子芯片,并且显著提高处理能力,降低成本。

研究人员开发了一种新技术,使用液态金属来生产厚度仅为一个原子的集成电路,可以带来电子学的下一个巨大进步。

这一工艺为生产大约 1.5 纳米厚的晶片铺平了道路。你可以这样对比,一张纸的厚度是 10 万纳米。

此前也有人提出类似的其他技术,但全部被证明在质量方面不可靠,难以规模化产生,或者就是只能在非常高的温度(550摄氏度或更高)下起作用。

澳大利亚墨尔本 RMIT 大学工程学院教授 Kourosh Kalantar-zadeh 领导了这一项目,该项目还包括他在 RMIT 的同事,以及来自 CSIRO、Monash 大学、北卡罗来纳州立大学和加州大学的研究人员。

001RMIT20170221 实验中提到的 GaS 晶体以及 2D 打印过程示意图。

电子工业的发展已经遇到了瓶颈。

Kourosh Kalantar-zadeh 教授表示,“汽车发动机的基本技术自 1920 年以来没有进展,电子行业也一样。如今的移动电话和计算机和五年前的设备相比,并没有强大多少。”

这就是为什么这种新的 2D 打印技术是如此重要。使用 2D 打印技术,研究人员能够在同一表面上安置下数量多得令人难以置信的薄电子芯片层,从而大幅提升处理能力,并且降低成本。

这种新的工艺将带来电子工业的下一个革命。

RMIT 和 CSIRO的研究人员 Benjamin Carey 表示,制作仅有一个原子厚的电子晶片可以克服当前芯片生产的局限性。

这种方法还可以生产高柔性、可弯曲的材料,为柔性电子产品铺平了道路。

目前的工艺没有一种能够在大的表面积上制造原子级薄的半导体均匀表面,而后者对于芯片的工业规模制造是必须的。

“我们的解决方案是使用金属镓和铟,它们具有低熔点。”Carey 说。

“这些金属在它们的表面上产生原子级薄的氧化物层,氧化层很自然地保护下面的金属。我们在制造工艺中使用的就是这种薄氧化物。”

“通过滚压液态金属,氧化物层可以转移到电子晶片上,然后硫化。晶片的表面可以经过预处理,形成单独的晶体管。”

“我们使用这种新颖的方法来创造具有非常高增益和大规模制造可靠性的晶体管和光电探测器。”

描述了这一新技术的论文“Wafer Scale Two Dimensional Semiconductors from Printed Oxide Skin of Liquid Metals”已经在 Nature Communications 杂志上发表。

DOI:10.1038/NCOMMS14482

论文:使用液态金属印刷氧化皮晶圆级二维半导体

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(原文发表于Nature,王楠编译)

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