يمكن تغيير وظائف الأجهزة ببساطة عن طريق تغيير المواد النانوية ودون التأثير على العملية
النقاط الكمومية (الحمراء) والأنابيب النانوية الكربونية (الرمادية) وألواح النانو ثاني كبريتيد الموليبدينوم (الرمادي الأبيض) هي ، على التوالي ، ممثلين للمواد النانوية من الفئة 0D و 1 D و 2 D التي يمكن تجميعها على نطاق واسع باستخدام طريقة التنسيب المستندة إلى الجرافين مع مجال كهربائي مساعد .قبل أربع سنوات ، أعلنت شركة IBM أنها تخطط لاستثمار 3 مليارات دولار في مستقبل الإلكترونيات النانوية على مدى السنوات الخمس المقبلة كجزء من مشروعها الضخم 7nm و Beyond [7nm and Beyond]. واجهت شركة GlobalFoundries ، على الأقل واحدة من شركات تصنيع الرقائق الرئيسية ، جدار عملية 7 نانومتر ، وتهدف IBM إلى المضي قدمًا ، باستخدام الجرافين لوضع المواد النانوية في أماكن محددة دون تلوث كيميائي.
تصف
دراسة نُشرت في مجلة Nature Communications كيف قام علماء شركة آي بي إم بكهربة الجرافين لأول مرة بطريقة ساعدت في تحديد المواد النانوية بدقة 97٪.
قال
ماتياس شتاينر ، مدير أبحاث البرازيل لأبحاث IBM: "نظرًا لأن هذه الطريقة تعمل مع مجموعة متنوعة من المواد النانوية ، فإننا نتخيل أجهزة متكاملة ذات وظائف تستند إلى الخصائص الفيزيائية الفريدة للمواد النانوية". "يمكننا أيضًا أن نتخيل كاشفات وبواعث ضوئية على رقاقة لها طول موجي محدد تحدده الخصائص البصرية للمادة النانوية."
كمثال ، أوضح شتاينر أنه إذا كنت بحاجة إلى تغيير الخصائص الطيفية لجهاز الكتروضوئي ، فيمكنك ببساطة استبدال المواد النانوية ، وترك بقية عملية التصنيع دون تغيير. إذا واصلنا تطوير هذه الطريقة بشكل أكبر ، فسيكون من الممكن جمع مواد نانوية مختلفة في أماكن مختلفة في عدة ممرات لخط التجميع ، وإنشاء أجهزة كشف ضوئية تعمل في نوافذ تردد مختلفة في نفس الوقت. "
يمكن وصف العملية بأنها هجينة ، تجمع بين
النهجين من الأعلى إلى الأسفل ومن الأسفل إلى الأعلى ، وفقًا
لمايكل إنجل ، عضو فريق البحث البرازيلي. قبل بضع سنوات ، أنشأت شركة IBM إحدى هذه العمليات المختلطة التي جمعت بين تقنيات التصنيع من أعلى إلى أسفل - مثل الطباعة الحجرية - مع التقنيات من أسفل إلى أعلى التي تطور الإلكترونيات من خلال التجميع الذاتي.
وأوضح إنجل أن الخطوة الأولى في العملية الهجينة هي زراعة الجرافين مباشرة على الركيزة التي يتم تجميع المواد النانوية عليها. استخدم عرض الشركة الجرافين على كربيد السيليكون. وأشار إنجل إلى أنه من الممكن أيضًا زراعة الجرافين على مواد أخرى ، مثل النحاس ، ثم تقشيره ووضعه على ركيزة من السيليكون أو أكسيد السيليكون.
الخطوة التالية هي حفر الجرافين لتحديد الموقع. يتم ذلك على نطاق واسع ويمكن اعتباره جزءًا من عملية التكنولوجيا من أعلى إلى أسفل.
تستخدم الخطوة الثالثة تقنية من أسفل إلى أعلى ، حيث يضع الباحثون طبقات الجرافين في مجال كهربائي متناوب بينما يضعون في نفس الوقت محلولًا من المواد النانوية في الأعلى. تتسرب المواد النانوية بين أقطاب الجرافين المعاكس.
قال إنجل: "لذلك يحدد الجرافين الموقع ويوفر توجيه المجال الكهربائي والقوة التي تحاصر المواد النانوية لتجميعها الموجه".
في الخطوة الرابعة ، يتم حفر أقطاب الجرافين ويتم إجراء عمليات تصنيع إضافية لدمج الإلكترونيات أو الأجهزة الإلكترونية البصرية.
قبل ذلك ، كانت الطريقة الأكثر تقدمًا هي استخدام أقطاب معدنية ، والتي يصعب إزالتها والتي تحد من كفاءة الجهاز وإمكانية التكامل. قال شتاينر: "نعتقد أن أكبر اختراق في هذا العمل هو الترتيب من الأسفل إلى الأعلى لمجموعة واسعة من المواد النانوية مع دقة مقياس النانومتر على أقسام أكبر بكثير من أحجام المليمترات ، مع أقطاب كهربائية قابلة للإزالة بسهولة". "توفر أقطاب الجرافين محاذاة وكثافة ممتازة للمواد النانوية ، وتحد من التفاعل مع المواد الكيميائية ، وتجنب الخطوط المعدنية ، مما يؤدي إلى أداء فائق للجهاز."
لن تكون هذه العملية قادرة على المساعدة بسرعة في تنفيذ
قانون مور . واحدة من أكبر المشاكل ، وفقًا لـ Ingel ، هي استخدام حلول المواد النانوية في الإنتاج الصناعي. قال إنجل: "سيتطلب ذلك إحراز تقدم في توحيد حلول المواد النانوية لتحقيق نتائج قابلة للتكرار ومتسقة ، فضلاً عن تكييف الطريقة مع مجال كهربائي إضافي للاستخدام في عمليات تصنيع الركيزة".
على الرغم من أن IBM لن تحل مسألة توحيد المواد النانوية ، إلا أن الباحثين يواصلون العمل على التكنولوجيا ، ودمج مختلف المواد النانوية لتعديل الدوائر المتكاملة ، مثل المحولات الكهربائية أو المولدات الحلقية ، لتلبية المتطلبات المختلفة. يقوم الباحثون أيضًا بتطوير بواعث الضوء وكاشفات الرقائق التي يتم تحديد خصائصها الطيفية بواسطة المواد النانوية المستخدمة.