Istraživači su demonstrirali novu tehniku za samosastavljanje elektronskih uređaja. Provera koncepta je korišćena za kreiranje dioda i tranzistora i otvara put za samostalno sklapanje složenijih elektronskih uređaja bez oslanjanja na postojeće tehnike proizvodnje kompjuterskih čipova.
Rad, „Vođeno ad beskonačno sklapanje nizova mešovitih metalnih oksida iz tečnog metala“, objavljen je u otvorenom pristupu u časopisu Materials Horizons.
„Postojeće tehnike proizvodnje čipova uključuju mnoge korake i oslanjaju se na izuzetno složene tehnologije, čineći proces skupim i dugotrajnim“, kaže Martin Tuo, dopisni autor rada o radu i profesor nauke o materijalima i inženjeringa na Državnom univerzitetu Severne Karoline.
„Naš pristup samosastavljanju je znatno brži i jeftiniji. Takođe smo pokazali da možemo da koristimo proces za podešavanje pojasnog razmaka za poluprovodničke materijale i da materijali reaguju na svetlost — što znači da se ova tehnika može koristiti za kreiranje optoelektronskih uređaja .
„Štaviše, trenutne proizvodne tehnike imaju nizak prinos, što znači da proizvode relativno veliki broj neispravnih čipova koji se ne mogu koristiti. Naš pristup je visok prinos — što znači da dobijate konzistentniju proizvodnju nizova i manje otpada.“
Tuo novu tehniku samosastavljanja naziva usmerenom reakcijom metal-liganda (D-Met). Evo kako to funkcioniše.
Počinjete sa česticama tečnog metala. Za svoj rad na dokazu koncepta, istraživači su koristili Fildov metal, koji je legura indijuma, bizmuta i kalaja. Čestice tečnog metala se postavljaju pored kalupa, koji se može napraviti bilo koje veličine ili uzorka. Zatim se rastvor sipa na tečni metal.
Rastvor sadrži molekule zvane ligandi koji se sastoje od ugljenika i kiseonika. Ovi ligandi sakupljaju jone sa površine tečnog metala i drže te jone u specifičnom geometrijskom uzorku. Rastvor teče preko čestica tečnog metala i uvlači se u kalup.
Kako rastvor teče u kalup, ligandi koji nose jone počinju da se sklapaju u složenije, trodimenzionalne strukture. U međuvremenu, tečni deo rastvora počinje da isparava, što služi za pakovanje složenih struktura sve bliže i bliže jedna drugoj u niz.
„Bez kalupa, ove strukture mogu formirati pomalo haotične obrasce“, kaže Thuo. „Ali pošto je rešenje ograničeno kalupom, strukture se formiraju u predvidljivim, simetričnim nizovima.“
Kada struktura dostigne željenu veličinu, kalup se uklanja, a niz se zagreva. Ova toplota razbija ligande, oslobađajući atome ugljenika i kiseonika. Joni metala stupaju u interakciju sa kiseonikom i formiraju poluprovodničke metalne okside, dok atomi ugljenika formiraju grafenske ploče.
Ovi sastojci se sami sastavljaju u dobro uređenu strukturu koja se sastoji od poluprovodničkih molekula metalnog oksida umotanih u listove grafena. Istraživači su koristili ovu tehniku za kreiranje tranzistora i dioda na nanosmeru i mikrorazmeri.
„Grafenski listovi se mogu koristiti za podešavanje pojasnog razmaka poluprovodnika, čineći poluprovodnik manje ili više osetljivim, u zavisnosti od kvaliteta grafena“, kaže Julia Chang, prvi autor rada i postdoktorski istraživač u NC State.
Pored toga, pošto su istraživači koristili bizmut u dokazivanju koncepta, bili su u mogućnosti da naprave strukture koje su osetljive na fotografije. Ovo omogućava istraživačima da manipulišu svojstvima poluprovodnika koristeći svetlost.
„Priroda D-Met tehnike znači da ove materijale možete praviti u velikoj meri – ograničeni ste samo veličinom kalupa koji koristite“, kaže Thuo. „Takođe možete kontrolisati poluprovodničke strukture manipulisanjem vrstom tečnosti koja se koristi u rastvoru, dimenzijama kalupa i brzinom isparavanja rastvora.
„Ukratko, pokazali smo da možemo sami da sastavimo visoko strukturirane, veoma prilagodljive elektronske materijale za upotrebu u funkcionalnim elektronskim uređajima“, kaže Thuo. „Ovaj rad je pokazao stvaranje tranzistora i dioda. Sledeći korak je korišćenje ove tehnike za pravljenje složenijih uređaja, kao što su trodimenzionalni čipovi.“
