2D材料の大面積統合のためのスケーラブルな方法
二次元（2D）材料は、今日のシリコン技術で達成できることに関して、はるかに小さいサイズと拡張された機能を備えたデバイスを提供する大きな可能性を秘めています。しかし、この可能性を活用するには、2D材料を半導体製造ラインに統合できる必要があります。これは非常に難しいステップです。スウェーデンとドイツのグラフェンフラッグシップ研究者のチームが、この機能を実現するための新しい方法を報告しています。
2D材料とシリコン、または統合された電子機器を備えた基板との統合には、多くの課題があります。グラフェンフラッグシップアソシエイトメンバーKTHの研究者であるArneQuellmalzは、次のように述べています。 「光オンチップ通信用のグラフェン光検出器をシリコン読み出し電子機器と組み合わせたい場合がありますが、これらの材料の成長温度が高すぎるため、デバイス基板上で直接これを行うことはできません。」
これまでのところ、2D材料を成長基板から目的の電子機器に移すための実験方法のほとんどは、大量生産と互換性がないか、2D材料とその電子特性の大幅な劣化につながります。 Quellmalzとその同僚によって提案されたソリューションの利点は、半導体製造の既存のツールキットにあることです。従来のウェーハボンディング装置とともに、ビスベンゾシクロブテン（BCB）と呼ばれる標準的な誘電体材料を使用することです。
「基本的に、2枚のウェーハをBCB製の樹脂で接着します」とQuellmalz氏は述べています。 「樹脂を蜂蜜のように粘稠になるまで加熱し、2D素材を押し付けます。」室温では、樹脂は固体になり、2D材料とウェーハの間に安定した接続を形成します。 「材料を積み重ねるには、加熱とプレスの手順を繰り返します。樹脂は再び粘性になり、クッションまたはウォーターベッドのように動作します。これは、レイヤースタックをサポートし、新しい2D素材の表面に適応します。」
研究者らは、遷移金属ジカルコゲナイドの代表としてグラフェンと二硫化モリブデン（MoS2）、および六方晶窒化ホウ素（hBN）とMoS2を含む積層グラフェンのヘテロ構造への移動を実証しました。転写されたすべての層とヘテロ構造は高品質であると報告されています。つまり、最大100 mmサイズのシリコンウェーハ上で均一な被覆が特徴であり、転写された2D材料にほとんど歪みがありませんでした。
研究者によると、それらの転写方法は、成長基板のサイズやタイプに関係なく、原則としてあらゆる2D材料に適用できます。また、半導体業界ですでに一般的なツールと方法のみに依存しているため、従来の集積回路やマイクロシステムの上に2D材料が統合された新世代のデバイスの市場への登場を大幅に加速させる可能性があります。この作業はその目標に向けた重要なステップであり、さらに多くの課題が残っていますが、フォトニクスからセンシング、ニューロモルフィックコンピューティングまで、潜在的なアプリケーションの範囲は広いです。 2Dマテリアルの統合は、ヨーロッパのハイテク業界にとって真のゲームチェンジャーになる可能性があります。
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