访谈

具有导电石墨烯(灰色)和绝缘氮化硼(紫蓝色)的图案化区域的单原子厚膜的示意图。 Jiwoong Park使用一种称为“图案化再生”的技术,康奈尔大学的科学家发明了一种在不使用硅基板的情况下对石墨烯和氮化硼的单原子膜进行图案化的方法,这是开发原子级薄集成电路的重要一步。集成电路从咖啡机到计算机,从完美的晶体硅图案,都非常薄 - 但康奈尔大学的研究人员认为它们可以将薄膜边界推向单原子水平。它们选择的材料是石墨烯,单原子厚的重复碳原子片和六方氮化硼,类似的重复硼和氮原子薄片。由化学和化学生物学助理教授Jiwoong Park领导的研究人员发明了一种在不使用硅衬底的情况下对石墨烯和氮化硼(一种绝缘体)的单原子薄膜进行图案化的方法。这项工作在8月30日在线发表在“自然”杂志上的一篇文章中有详细介绍。这种技术,他们称之为图案再生,可以导致无基质,原子级薄的电路 - 如此薄,它们可以浮在水面上或通过空气,但具有抗拉强度和顶级电气性能。 “我们知道如何在单原子厚膜中生长石墨烯,我们知道如何生长氮化硼,”Park说。 “但我们可以把它们放在一边和一边吗?当你将它们组合在一起时,它们的连接点会发生什么?“事实证明,研究人员的图案再生,利用硅晶片加工中使用的相同基本光刻技术,使石墨烯和氮化硼在完全平坦,结构平滑的情况下生长薄膜 - 没有折痕或凸起,如针织好的围巾 - 如果与最终的,尚未实现的引入半导体材料的步骤相结合,可能会形成第一个原子级薄的集成电路。简单的确很美,特别是在薄膜的情况下,因为光刻是一种成熟的技术,它通过在平硅上一次一层地铺设材料来形成集成电路的基础。 Park说,图案化的再生有点像模板。他和同事们首先在铜上生长石墨烯,并使用光刻技术在选定区域上曝光石墨烯,具体取决于所需的图案。他们在裸露的铜表面填充了氮化硼,这种绝缘体在铜上生长并“非常漂亮地填补了空隙。”“最后,它形成了一块非常漂亮的布料,你只需剥离,”Park说。包括应用和工程物理学教授David A. Muller在内的研究团队正在努力确定哪种材料最适合石墨烯 - 氮化硼薄膜,以构成最终的半导体层,从而将薄膜转变为实际器件。该团队得益于已经熟练制造石墨烯 - 在材料领域仍然相对较新 - 以及Muller在纳米级电子显微镜表征方面的专业知识。穆勒帮助团队确认两种材料的横向连接确实平滑且连接良好。该论文的共同第一作者是化学研究生Mark Levendorf和博士后助理Cheol-Joo Kim,他们制作了石墨烯和氮化硼样品,并在Cornell NanoScale科学和技术设施中进行了模式再生。这项工作主要由空军科学研究办公室和国家科学基金会通过康奈尔材料研究中心提供支持。资料来源:康奈尔大学新闻图片:

作者:岳篾荬