新技术使更小更强大的设备成为可能

进一步缩小半导体将引发一场全新的硅革命。但因为这是不可能的，下一个最大的希望是将半导体与二维原子级薄材料(例如石墨烯)集成，在这种材料上可以以非常小的规模创建电路。一个研究小组报告了一种新方法，可以使这种臭名昭著的组合在工业规模上发挥作用。

斯德哥尔摩 KTH 皇家理工学院的研究人员与德国亚琛工业大学、德国联邦国防军大学、AMO GmbH 和 Protemics GmbH 合作，于今天在Nature Communications 上报道了该技术。

一种将石墨烯等二维材料与硅半导体集成的可靠的、工业可扩展的方法将有助于缩小电子产品的规模，并为传感器技术和光子学带来新的能力。

然而，将二维材料集成到半导体或具有集成电子器件的基板上充满了许多挑战。KTH 光子微系统研究员 Arne Quellmalz 说：“从特殊的生长基板转移到构建传感器或组件的最终基板总是有一个关键步骤。”

“您可能希望将用于光学片上通信的石墨烯光电探测器与硅读出电子设备结合起来，”Quellmalz 说。“但是这些材料的生长温度太高了，所以你不能直接在器件基板上这样做。”

与二维材料集成的晶片。图片来源：Arne Quellmalz，KTH 皇家理工学院

将生长的二维材料转移到所需电子设备的实验方法受到许多缺陷的困扰，例如材料的退化及其电子传输特性，或材料的污染。

Quellmalz 表示，解决方案在于现有的半导体制造工具包：使用称为双苯并环丁烯 (BCB) 的标准介电材料，以及传统的晶圆键合设备。

“我们基本上用 BCB 制成的树脂将两个晶片粘合在一起，”他说。“我们加热树脂，直到它变得像蜂蜜一样粘稠，然后将二维材料压在上面。”

他说，在室温下，树脂变成固体并在二维材料和晶片之间形成稳定的连接。“为了堆叠材料，我们重复加热和加压的步骤。树脂再次变得粘稠并表现得像垫子或水床，它支撑层堆叠并适应新的二维材料的表面。”

研究人员展示了石墨烯和二硫化钼(MoS 2 )(作为过渡金属二硫属化物的代表)以及具有六方氮化硼(hBN) 和 MoS 2 的堆叠石墨烯向异质结构的转移。据报道，所有转移的层和异质结构都是高质量的，也就是说，它们在高达 100 毫米大小的硅晶片上具有均匀的覆盖，并且在转移的二维材料中表现出很小的应变，该论文称。

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