La funcionalidad de los dispositivos se puede cambiar simplemente cambiando los nanomateriales y sin afectar el proceso
Los puntos cuánticos (rojo), los nanotubos de carbono (gris) y las nanohojas de disulfuro de molibdeno (gris-blanco) son, respectivamente, representantes de los nanomateriales de clase 0D, 1D y 2D, que se pueden recolectar a gran escala utilizando el método de colocación basado en grafeno con un campo eléctrico auxiliar .Hace cuatro años, IBM anunció que planeaba invertir $ 3 mil millones en el futuro de la nanoelectrónica en los próximos cinco años como parte de su vasto proyecto de 7 nm y más allá [7 nm y más allá]. Al menos uno de los principales fabricantes de chips, GlobalFoundries se topó con la pared del proceso de 7 nm, e IBM pretende ir más allá, utilizando grafeno para colocar nanomateriales en ciertos lugares sin contaminación química.
Un
estudio publicado en la revista Nature Communications describe cómo los científicos de IBM primero electrificaron el grafeno de tal manera que ayudó a localizar nanomateriales con un 97% de precisión.
"Dado que este método funciona con una amplia variedad de nanomateriales, imaginamos dispositivos integrados con funcionalidad basada en las propiedades físicas únicas de los nanomateriales", dijo
Matias Steiner , Gerente de Investigación de Brasil para IBM Research. "También podemos imaginar detectores y emisores de luz en un chip que tienen una longitud de onda específica determinada por las propiedades ópticas del nanomaterial".
Como ejemplo, Steiner explicó que si necesita cambiar las propiedades espectrales de un dispositivo optoelectrónico, simplemente puede reemplazar el nanomaterial, dejando el resto del proceso de fabricación sin cambios. Si continuamos desarrollando este método aún más, será posible recolectar diferentes nanomateriales en diferentes lugares en varios pasos de la línea de ensamblaje, y crear detectores de luz que operen en diferentes ventanas de frecuencia al mismo tiempo ".
El proceso puede describirse como un híbrido, que combina
enfoques de arriba
hacia abajo y de abajo hacia arriba, según
Michael Ingel , miembro del equipo de investigación brasileño. Hace un par de años, IBM creó uno de estos procesos híbridos que combinaba tecnologías de fabricación de arriba hacia abajo, como la litografía, con tecnologías de abajo hacia arriba que hacen crecer la electrónica a través del autoensamblaje.
Ingel explicó que el primer paso en el proceso híbrido es cultivar grafeno directamente en el sustrato en el que se está ensamblando el nanomaterial. La demostración de la compañía utilizó grafeno en carburo de silicio. Ingel señaló que también es posible cultivar grafeno en otros materiales, como el cobre, y luego pelarlo y colocarlo sobre un sustrato de silicio u óxido de silicio.
El siguiente paso es grabar grafeno para determinar la ubicación. Esto se realiza a gran escala y puede considerarse parte del proceso tecnológico de arriba hacia abajo.
El tercer paso utiliza la tecnología de abajo hacia arriba, en la cual los investigadores colocan capas de grafeno en un campo eléctrico alterno mientras colocan simultáneamente una solución de nanomaterial encima. El nanomaterial se filtra hacia abajo y se encuentra entre electrodos de grafeno opuestos.
"Entonces, el grafeno determina la ubicación y proporciona orientación del campo eléctrico y la fuerza que atrapa el nanomaterial para su ensamblaje dirigido", dijo Ingel.
En el cuarto paso, los electrodos de grafeno se graban y se realizan operaciones de fabricación adicionales para integrar dispositivos electrónicos o optoelectrónicos.
Antes de esto, el método más avanzado era el uso de electrodos metálicos, que son difíciles de quitar y que limitan la eficiencia del dispositivo y el potencial de integración. "Creemos que el mayor avance en este trabajo es la disposición ascendente de una amplia gama de nanomateriales con resolución a escala nanométrica en secciones mucho más grandes de tamaños milimétricos, y con electrodos fácilmente extraíbles", dijo Steiner. "Los electrodos de grafeno proporcionan una excelente alineación y densidad del nanomaterial, limitan la interacción con los productos químicos y evitan las líneas de metal, lo que resulta en un rendimiento superior del dispositivo".
Este proceso no podrá ayudar rápidamente a cumplir
la ley de Moore . Según Ingel, uno de los mayores problemas es el uso de soluciones de nanomateriales en la producción industrial. "Esto requerirá progreso en la estandarización de soluciones de nanomateriales para lograr resultados repetibles y consistentes, así como también la adaptación del método con un campo eléctrico auxiliar para su uso en procesos de fabricación de sustratos", dijo Ingel.
Aunque IBM no resolverá el problema de la estandarización de los nanomateriales, los investigadores continúan trabajando en la tecnología, integrando varios nanomateriales para modificar los circuitos integrados, como los inversores eléctricos o los generadores de anillo, para cumplir con los diferentes requisitos. Los investigadores también están desarrollando emisores de luz y detectores de chips cuyas propiedades espectrales están determinadas por el nanomaterial utilizado.