機能的な2D

世界初の完全に統合された機能的なマイクロチップエキゾチックな二次元素材をベースにした作品がKAUSTで製作されました。 この画期的な進歩は、マイクロチップベースの技術の機能と性能を拡張する 2D 材料の可能性を示しています。

2004 年にグラファイトの原子的に薄い層 (グラフェンと呼ばれる) が初めて製造されて以来、その斬新で有望な物理的特性により、このような材料には先進的かつ新規な用途として強い関心が寄せられてきました。 しかし、20 年にわたる研究にもかかわらず、これらの 2D 材料に基づく機能的マイクロデバイスは、そのような壊れやすい薄膜の製造と取り扱いにおける課題のため、とらえどころのないことが判明しました。

機能性 2D フィルムに関する Lanza の研究室の最近の成果に触発され、KAUST 主導の共同研究により、2D ベースのマイクロチップのプロトタイプが作成され、実証されました。

「私たちの動機は、従来のシリコンベースの CMOS マイクロ回路をベースとして使用し、標準的な半導体製造技術を使用することで、2D 材料ベースの電子デバイスと回路の技術準備レベルを高めることでした」と Lanza 氏は言います。 「しかし、課題は、合成 2D 材料には、小型デバイスの故障の原因となる原子不純物などの局所欠陥が含まれる可能性があることです。また、損傷を与えずに 2D 材料をマイクロチップに統合することは非常に困難です。」

研究チームは、製造を容易にし、欠陥の影響を最小限に抑えるためにチップの設計を最適化しました。 彼らは、標準的な相補型金属酸化物半導体 (CMOS) トランジスタをチップの片面に製造し、相互接続を下面まで通すことでこれを実現しました。これにより、幅 0.25 マイクロメートル未満の小さなパッドに 2D 材料を確実に転写できます。

「銅箔上に六方晶窒化ホウ素 (h-BN) の 2D 材料を生成し、低温湿式プロセスを使用してマイクロチップに転写し、次に従来の真空蒸着とフォトリソグラフィーによって上部に電極を形成しました。社内にあるプロセスです」と Lanza 氏は言います。 「このようにして、クロスバーマトリックスに接続された1トランジスタ/1メモリスタセルの5×5アレイを作成しました。」

わずか 18 原子または厚さ 6 ナノメートルの 2D h-BN のエキゾチックな特性により、それは理想的なメモリスタ、つまり印加電圧によって抵抗を設定できる抵抗コンポーネントになります。 この 5×5 配置では、マイクロスケール メモリスタ パッドのそれぞれが単一の専用トランジスタに接続されます。 これにより、メモリスタを数千サイクルにわたって高性能かつ信頼性の高い機能デバイスとして、この場合は低電力ニューラル ネットワーク要素として動作させるために必要な精密な電圧制御が可能になります。

「この画期的な進歩により、私たちは現在、この方向に取り組み続けるために大手半導体企業と話し合っています」とランザ氏は言う。 「この能力を向上させるために、KAUST に 2D 材料用の独自のウェーハスケール産業処理システムを導入することも検討しています。」

- このプレスリリースはもともとキング・アブドラ科学技術大学のウェブサイトに掲載されたものです。