Une technique d’impression par transfert pour intégrer des électrodes métalliques et des matériaux 2D à l’échelle d’une plaquette

Une technique d'impression par transfert pour intégrer des électrodes métalliques et des matériaux 2D à l'échelle d'une plaquette

Illustration et images optiques du processus d’impression par transfert de métal assisté par graphène. a, Schéma du processus d’impression par transfert de métal assisté par graphène pour les métaux faiblement et fortement adhérents : six métaux différents déposés sur un substrat Gr/Ge à l’échelle de la tranche. b, Photographies correspondant aux motifs Au transférés sur une tranche de SiO2 de quatre pouces. L’encart montre une image optique du réseau de motifs Au transféré. Crédit : Liu et al.

Les jonctions métal-semi-conducteur, jonctions électriques dans lesquelles un métal est lié à un matériau semi-conducteur, sont des composants cruciaux pour de nombreux dispositifs électroniques et optoélectroniques. Bien qu’elles soient désormais largement produites et utilisées dans le monde entier, il peut être difficile de créer des jonctions de bonne qualité qui intègrent des métaux conventionnels et des semi-conducteurs 2D.

En effet, lorsqu’elles sont appliquées à des matériaux 2D, les techniques classiques de dépôt de métal, qui impliquent un processus connu sous le nom de bombardement ionique, peuvent provoquer un désordre chimique. De plus, les techniques d’impression par transfert existantes, qui impliquent le pré-dépôt et le transfert d’électrodes métalliques à la surface de matériaux 2D, se sont avérées peu performantes en raison de la création de liaisons chimiques sur le substrat pour le pré-dépôt qui entravent le transfert des électrodes.

Des chercheurs de l’Académie chinoise des sciences, de l’Université du Hunan, de l’Université de la ville de Hong Kong et de l’Université de Fudan ont récemment développé une nouvelle technique qui pourrait être utilisée pour transférer plus efficacement des électrodes métalliques sur des matériaux 2D, permettant le développement de jonctions métal-semi-conducteur plus fiables. Cette technique, présentée dans un article publié dans Électronique naturelleimplique la délamination de réseaux d’électrodes métalliques à partir d’une plaquette de graphène, et leur impression par transfert ultérieure sur différents matériaux 2D.

“Pour la première fois, en 2013, nous avons signalé que des monocouches continues de graphène pouvaient être développées via CVD directement sur des surfaces semi-conductrices Ge (001), ce qui s’écartait considérablement des systèmes métalliques conventionnels”, a déclaré Zengfeng Di, l’un des chercheurs qui a réalisé le étude, a déclaré à TechXplore. “En raison de la propriété isolante du Ge intrinsèque à une température inférieure à 10K, nous avons mené des recherches sur la supraconductivité médiée par le graphène dans l’hybride métal nano-îlots/graphène sur substrat Ge, sans transfert de graphène du substrat Ge vers SiO2 substrat.”

Lors de leurs recherches précédentes, Di et ses collègues ont réalisé que lorsqu’ils sont déposés sur du graphène, les métaux peuvent être décollés très facilement. Cela était également vrai pour le titane ou le nickel, qui sont généralement très difficiles à exfolier à partir d’un substrat de silice conventionnel.

Dans leur étude récente, l’équipe a utilisé sa technique pour déposer six types de métaux différents sur un substrat donneur de graphène/Ge à l’échelle d’une tranche. Cela comprenait à la fois les métaux faiblement adhérents, à savoir le cuivre, l’argent et l’or, et les métaux fortement adhérents, à savoir le platine, le titane et le nickel.

Une technique d'impression par transfert pour intégrer des électrodes métalliques et des matériaux 2D à l'échelle d'une plaquette

Propriétés électriques du réseau FET à grille arrière MoS2 avec contacts Ag transférés. a, Image optique du réseau FET à grille arrière MoS2 fabriqué par lots sur un substrat SiO2 de 1 × 1 cm. b, Cartographie des rapports marche/arrêt à partir de dispositifs FET à grille arrière 10 × 10. c, caractéristiques de transfert d’un dispositif FET à déclenchement arrière individuel. d, caractéristiques de sortie d’un dispositif FET à déclenchement arrière individuel. Crédit : Liu et al.

“Les métaux faiblement adhérents et les métaux fortement adhérents peuvent être facilement délaminés”, a expliqué Di. “Notre technique de transfert de métal évolutive, universelle et à l’échelle d’une tranche peut être utilisée pour créer des contacts de van der Waals entre des semi-conducteurs bidimensionnels et des métaux tridimensionnels, qui sont essentiels au développement de dispositifs électroniques et optoélectroniques 2D.”

L’approche des chercheurs pour l’intégration d’électrodes métalliques sur des matériaux 2D comporte plusieurs étapes. Tout d’abord, il nécessite le dépôt d’un réseau d’électrodes métalliques sur un substrat graphène/Ge. Comme le graphène est exempt de liaisons pendantes, le réseau peut être facilement décollé de la surface du substrat à l’aide d’un film polymère.

“Après avoir retiré le film polymère avec de l’eau déionisée, les motifs métalliques 3D à l’échelle de la tranche peuvent être transférés sur une cible arbitraire”, a déclaré Di. “Par rapport aux méthodes d’impression par transfert précédentes utilisant un substrat de silice, nous pouvons transférer un métal arbitraire avec un rendement de 100 % et étendre la technologie de transfert à la taille d’une plaquette.”

L’approche développée par Di et ses collègues est universelle et pourrait être utilisée pour former des contacts de van der Waals entre divers semi-conducteurs 2D et métaux 3D. À l’avenir, il pourrait être utilisé pour réaliser de nouveaux types de circuits intégrés van der Waals.

“Une condition préalable à la production par lots pratique d’appareils 2D est la capacité d’une production de masse fiable”, a déclaré Di. “Avec l’approche d’impression par transfert de métal assistée par graphène, nous avons créé MoS2 des réseaux de transistors qui présentent des caractéristiques électriques uniformes et de bonnes valeurs moyennes pour le rapport de courant marche/arrêt, le courant marche et l’oscillation sous le seuil.

Sur la base des premiers tests qu’ils ont effectués, Di et ses collègues pensent que leur approche de transfert de métal assisté par le graphène est une solution fiable pour la fabrication à grande échelle de circuits intégrés basés sur des matériaux 2D. Dans leurs prochaines études, ils prévoient de commencer à utiliser leur technique pour développer des composants spécifiques pour les dispositifs électroniques et optoélectroniques, afin d’évaluer plus avant son efficacité.

“Au-delà d’un simple transistor 2D, nous utilisons cette technique pour fabriquer des unités logiques 2D de base, y compris AND-OR, NOR et AND gate”, a ajouté Di. “De plus, le coût de notre approche devrait être encore réduit en optimisant le processus et en augmentant la réutilisabilité du substrat graphène/Ge.”


Les cristaux de graphène poussent mieux sous une couverture de cuivre


Plus d’information:
Guanyu Liu et al, impression par transfert de métal assistée par graphène pour l’intégration à l’échelle de la plaquette d’électrodes métalliques et de matériaux bidimensionnels, Électronique naturelle (2022). DOI : 10.1038 / s41928-022-00764-4

Gang Wang et al, Croissance directe d’un film de graphène sur un substrat de germanium, Rapports scientifiques (2013). DOI : 10.1038/srep02465

© 2022 Réseau Science X

Citation: Une technique d’impression par transfert pour intégrer des électrodes métalliques et des matériaux 2D à l’échelle d’une tranche (20 juin 2022) récupéré le 20 juin 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-06-transfer-printing-technique-metal -électrodes-2d.html

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