Графен поможет копировать кристаллы

Ученые из MIT создали технологию производства полупроводниковых материалов, которая потенциально может значительно снизить их стоимость, а также позволит использовать в полупроводниковых устройствах отличные от кремния материалы. Работа опубликована в журнале Nature.

Графен, открытый в 2004 году, долго пытаются использовать в электронике благодаря его исключительной электропроводности. С его появлением связывали прорыв в производительности и стоимости микроэлектроники. Однако, до сих пор его применения были довольно ограничены, к примеру, пока никому не удалось создать качественный графеновый транзистор.

Одним из ключевых процессов в производстве полупроводников является эпитаксия – рост кристалла на поверхности другого кристалла. Как правило, процесс происходит следующим образом: создается высокочистая и бездефектная кремниевая пластина-подложка, на которой эпитаксиальным методом выращиваются элементы микросхемы. Одна из проблем заключается в том, что выращенный кристалл практически невозможно отделить от подложки. Таким образом, подложка становится расходным материалом, который дорого и сложно производить. Эту проблему исследователи смогли решить в своей работе.

В основе метода ученые использовали свойства графена: он состоит из одного слоя атомов углерода и из-за этого практически «невидим» для кристаллов полупроводников, что позволяет эпитаксиальному слою считывать и повторять структуру слоя-подложки. Из-за того, что графен практически не прилипает к кристаллам, выращенный слой можно легко «отклеить» от подложки. Таким образом, подложку, теоретически, можно использовать неограниченное число раз, а также использовать вместо кремния дорогие полупроводники. Это позволит значительно снизить затраты на производство кремниевых полупроводниковых устройств и сделает применение некремниевых полупроводников рентабельным в массовой технике.

Еще одним недостатком текущей технологии является то, что по технологическим причинам кремниевые подложки получаются относительно толстыми и жесткими, что не позволяет производить перспективные гибкие устройства. С помощью своей методики инженеры смогли создать гибкий LED-дисплей. Ученые помещали графен на подложку из GaAs и выращивали поверх него диод из материала состава AlGaInP–GaInP в форме логотипа MIT. В конце техпроцесса полученный диод помещали на кремниевую подложку. Для сравнения также создали аналогичный дисплей на подложке из GaAs и сравнение характеристик показало, что они практически идентичны при гораздо меньшей стоимости дисплея, полученного с помощью графена.

Ранее, ученые повысили эффективность электроники использовав графен в качестве проводника между транзисторами.

Григорий Копиев