La fonctionnalité des appareils peut être modifiée simplement en changeant les nanomatériaux et sans affecter le processus
Les points quantiques (rouge), les nanotubes de carbone (gris) et les nanofeuilles de bisulfure de molybdène (gris-blanc) sont, respectivement, des représentants des nanomatériaux de classe 0D, 1D et 2D, qui peuvent être collectés à grande échelle en utilisant la méthode de placement basée sur le graphène avec un champ électrique auxiliaire .Il y a quatre ans, IBM a annoncé son intention d'investir 3 milliards de dollars dans l'avenir de la nanoélectronique au cours des cinq prochaines années dans le cadre de son vaste projet 7 nm et au-delà [7 nm et au-delà]. Au moins l'un des principaux fabricants de puces, GlobalFoundries s'est heurté au mur du processus 7 nm, et IBM vise à aller plus loin, en utilisant du graphène pour placer des nanomatériaux à des endroits spécifiques sans contamination chimique.
Une
étude publiée dans la revue Nature Communications décrit comment les scientifiques d'IBM ont d'abord électrifié le graphène de telle manière qu'il a aidé à localiser les nanomatériaux avec une précision de 97%.
«Puisque cette méthode fonctionne avec une grande variété de nanomatériaux, nous imaginons des dispositifs intégrés avec des fonctionnalités basées sur les propriétés physiques uniques des nanomatériaux», a déclaré
Matias Steiner , directeur de la recherche au Brésil pour IBM Research. "Nous pouvons également imaginer des détecteurs et des émetteurs de lumière sur une puce qui ont une longueur d'onde spécifique déterminée par les propriétés optiques du nanomatériau."
À titre d'exemple, Steiner a expliqué que si vous devez modifier les propriétés spectrales d'un appareil optoélectronique, vous pouvez simplement remplacer le nanomatériau, laissant le reste du processus de fabrication inchangé. Si nous continuons à développer cette méthode encore plus loin, il sera possible de collecter différents nanomatériaux à différents endroits en plusieurs passages de la chaîne de montage et de créer des détecteurs de lumière fonctionnant dans différentes fenêtres de fréquence en même temps. "
Le processus peut être décrit comme un hybride, combinant des
approches descendantes et ascendantes, selon
Michael Ingel , membre de l'équipe de recherche brésilienne. Il y a quelques années, IBM a créé l'un de ces processus hybrides qui combinait des technologies de fabrication descendantes - telles que la lithographie - avec des technologies ascendantes qui font croître l'électronique grâce à l'auto-assemblage.
Ingel a expliqué que la première étape du processus hybride consiste à faire croître le graphène directement sur le substrat sur lequel le nanomatériau est assemblé. La démonstration de la société a utilisé du graphène sur du carbure de silicium. Ingel a noté qu'il est également possible de faire pousser du graphène sur d'autres matériaux, comme le cuivre, puis de le décoller et de le placer sur un substrat de silicium ou d'oxyde de silicium.
L'étape suivante consiste à graver du graphène pour déterminer l'emplacement. Cela se fait à grande échelle et peut être considéré comme faisant partie du processus technologique descendant.
La troisième étape utilise une technologie ascendante, dans laquelle les chercheurs placent des couches de graphène dans un champ électrique alternatif tout en plaçant simultanément une solution de nanomatériaux sur le dessus. Le nanomatériau s'infiltre et se trouve entre des électrodes de graphène opposées.
"Le graphène détermine donc l'emplacement et fournit l'orientation du champ électrique et la force piégeant le nanomatériau pour son assemblage dirigé", a déclaré Ingel.
À la quatrième étape, des électrodes en graphène sont gravées et des opérations de fabrication supplémentaires sont effectuées pour intégrer des dispositifs électroniques ou optoélectroniques.
Avant cela, la méthode la plus avancée était l'utilisation d'électrodes métalliques, difficiles à retirer et qui limitent l'efficacité du dispositif et le potentiel d'intégration. "Nous pensons que la plus grande avancée dans ce travail est l'arrangement ascendant d'une large gamme de nanomatériaux avec une résolution à l'échelle nanométrique sur des sections beaucoup plus grandes de tailles millimétriques et avec des électrodes facilement amovibles", a déclaré Steiner. «Les électrodes en graphène offrent un excellent alignement et une excellente densité du nanomatériau, limitent l'interaction avec les produits chimiques et évitent les lignes métalliques, résultant en des performances supérieures de l'appareil.»
Ce processus ne pourra pas aider rapidement à respecter
la loi de Moore . Selon Ingel, l'un des plus gros problèmes est l'utilisation de solutions de nanomatériaux dans la production industrielle. "Cela nécessitera des progrès dans la normalisation des solutions de nanomatériaux pour obtenir des résultats reproductibles et cohérents, ainsi que l'adaptation de la méthode avec un champ électrique auxiliaire pour une utilisation dans les processus de fabrication de substrats", a déclaré Ingel.
Bien qu'IBM ne résoudra pas le problème de la normalisation des nanomatériaux, les chercheurs continuent de travailler sur la technologie, en intégrant divers nanomatériaux pour modifier les circuits intégrés, tels que les onduleurs électriques ou les générateurs d'anneaux, pour répondre à différentes exigences. Les chercheurs développent également des émetteurs de lumière et des détecteurs de puces dont les propriétés spectrales sont déterminées par le nanomatériau utilisé.