ההוכחה החדשה למושגעֲבוֹדָה, שפורסם בכתב העתחומרים אופקים, סולל את הדרך להרכבה עצמית של מכשירים אלקטרוניים מורכבים יותר מבלי להסתמך על טכניקות ייצור של שבבי מחשב קיימות.
ייצור ננו עד מיקרו מלמטה למעלה הוא חיוני באלקטרוניקה ואופטיקה מודרנית. עם זאת, טכניקות ייצור של מערכים מרובות קנה מידה קונבנציונליות עומדות בפני אתגרים ביישוב הסתירה בין השאיפה לביצועי מכשיר טובים יותר לבין הורדת עלות הייצור ו/או צריכת האנרגיה. צ'אנגet al. להציג שיטת ייצור קלה של מערך מתכת מעורבת המבוססת על הרכבה עצמית מונחית של תוספות אורגנו-מתכתיות פילמורות שמקורן בתחמוצות הפסיבציה של מתכת נוזלית משולשת ליצירת חוטי מתכת מעורבים. קרדיט תמונה: ג'וליה צ'אנג.
"טכניקות ייצור שבבים קיימות כוללות שלבים רבים ומסתמכות על טכנולוגיות מורכבות ביותר, מה שהופך את התהליך ליקר ודורש זמן", אמר פרופסור מרטין טואו מאוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט.
"גישת ההרכבה העצמית שלנו מהירה משמעותית ופחות יקרה."
"הוכחנו גם שאנחנו יכולים להשתמש בתהליך כדי לכוונן את פער הרצועה עבור חומרים מוליכים למחצה ולגרום לחומרים להגיב לאור - כלומר ניתן להשתמש בטכניקה זו כדי ליצור מכשירים אופטואלקטרוניים."
"יתרה מכך, לטכניקות הייצור הנוכחיות יש תשואה נמוכה, כלומר הן מייצרות מספר גדול יחסית של שבבים פגומים שלא ניתן להשתמש בהם."
"הגישה שלנו היא תשואה גבוהה - כלומר אתה מקבל ייצור עקבי יותר של מערכים ופחות פסולת."
"אנחנו קוראים לטכניקת ההרכבה העצמית החדשה תגובת מתכת-ליגנד (D-Met) מכוונת. הנה איך זה עובד", הוסיף.
"אתה מתחיל עם חלקיקי מתכת נוזליים. לעבודת הוכחת הקונספט, השתמשנו במתכת של Field, שהיא סגסוגת של אינדיום, ביסמוט ופח".
"חלקיקי המתכת הנוזליים מונחים ליד תבנית, אותה ניתן לייצר בכל גודל או תבנית. לאחר מכן יוצקים תמיסה על המתכת הנוזלית."
"התמיסה מכילה מולקולות הנקראות ליגנדים המורכבות מפחמן וחמצן."
"ליגנדים אלה קוטפים יונים מפני השטח של המתכת הנוזלית ומחזיקים את היונים הללו בתבנית גיאומטרית ספציפית."
"התמיסה זורמת על פני חלקיקי המתכת הנוזלית ונמשכת לתוך התבנית."
כשהפתרון זורם לתוך התבנית, הליגנדים נושאי היונים מתחילים להרכיב את עצמם למבנים תלת מימדיים מורכבים יותר.
בינתיים, החלק הנוזלי של התמיסה מתחיל להתאדות, מה שמשמש לארוז את המבנים המורכבים קרוב יותר ויותר זה לזה למערך.
"ללא התבנית, המבנים האלה יכולים ליצור דפוסים כאוטיים משהו," פרופסור Thuo siad.
"אבל בגלל שהפתרון מוגבל על ידי העובש, המבנים נוצרים במערכים סימטריים צפויים".
"ברגע שמבנה הגיע לגודל הרצוי, התבנית מוסרת, והמערך מחומם".
"החום הזה מפרק את הליגנדים, משחרר את אטומי הפחמן והחמצן."
"יוני המתכת מקיימים אינטראקציה עם החמצן ויוצרים תחמוצות מתכת מוליכים למחצה, בעוד אטומי הפחמן יוצרים יריעות גרפן."
"מרכיבים אלה מרכיבים את עצמם למבנה מסודר היטב המורכב ממולקולות תחמוצת מתכת מוליכים למחצה עטופות ביריעות גרפן."
פרופסור Thuo ועמיתיו השתמשו בטכניקה זו כדי ליצור טרנזיסטורים ודיודות בקנה מידה ננומטרי ומיקרו.
"אפשר להשתמש בגליונות הגרפן כדי לכוונן את פער הפס של המוליכים למחצה, מה שהופך את המוליך למחצה להגיב פחות או יותר, תלוי באיכות הגרפן", אמרה ד"ר ג'וליה צ'אנג, חוקרת פוסט-דוקטורט באוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט.
בנוסף, מכיוון שהחוקרים השתמשו בביסמוט בעבודת הוכחת הרעיון, הם הצליחו ליצור מבנים שמגיבים לצילום.
זה מאפשר למחברים לתפעל את המאפיינים של מוליכים למחצה באמצעות אור.
"טבעה של טכניקת D-Met אומר שאתה יכול לייצר את החומרים האלה בקנה מידה גדול - אתה מוגבל רק על ידי גודל התבנית שבה אתה משתמש", אמר פרופסור Thuo.
"אתה יכול גם לשלוט על מבני המוליכים למחצה על ידי מניפולציה של סוג הנוזל המשמש בתמיסה, ממדי התבנית וקצב האידוי של התמיסה."
"בקיצור, הראינו שאנחנו יכולים להרכיב בעצמנו חומרים אלקטרוניים בעלי מבנה גבוה, ניתנים להתאמה גבוהה לשימוש במכשירים אלקטרוניים פונקציונליים."
"עבודה זו הדגימה את היצירה של טרנזיסטורים ודיודות."
"השלב הבא הוא להשתמש בטכניקה הזו לייצור מכשירים מורכבים יותר, כמו שבבי תלת מימד."
_____
ג'וליה ג'יי צ'אנגet al. מוּדרָךעד אינסוףהרכבה של מערכי תחמוצת מתכת מעורבת ממתכת נוזלית.חומרים אופקים, פורסם באינטרנט ב-25 בנובמבר 2024; doi: 10.1039/D4MH01177E
מאמר זה הוא גרסה של הודעה לעיתונות שסופקה על ידי אוניברסיטת צפון קרוליינה.
