Fungsi perangkat dapat diubah hanya dengan mengubah bahan nano dan tanpa mempengaruhi prosesnya
Titik kuantum (merah), nanotube karbon (abu-abu), dan nanosheets molibdenum disulfida (abu-abu-putih), masing-masing, merupakan perwakilan dari material nano kelas 0D, 1D, dan 2D, yang dapat dikumpulkan dalam skala besar menggunakan metode penempatan berdasarkan graphene dengan medan listrik tambahan .Empat tahun lalu, IBM mengumumkan bahwa mereka berencana untuk menginvestasikan $ 3 miliar di masa depan nanoelectronics selama lima tahun ke depan sebagai bagian dari proyek 7nm dan Beyond [7nm dan Beyond] yang luas. Setidaknya salah satu produsen chip utama, GlobalFoundries berlari ke dinding proses 7nm, dan IBM bertujuan untuk melangkah lebih jauh, menggunakan graphene untuk menempatkan bahan nano di tempat-tempat tertentu tanpa polusi kimia.
Sebuah
studi yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications menjelaskan bagaimana para ilmuwan IBM pertama kali melistrik graphene sedemikian rupa sehingga membantu menemukan bahan nano dengan akurasi 97%.
"Karena metode ini bekerja dengan berbagai macam nanomaterial, kami membayangkan perangkat terintegrasi dengan fungsionalitas berdasarkan sifat fisik unik dari nanomaterial," kata
Matias Steiner , Manajer Riset Brasil untuk IBM Research. "Kita juga bisa membayangkan detektor dan penghasil cahaya pada chip yang memiliki panjang gelombang spesifik yang ditentukan oleh sifat optik dari bahan nano."
Sebagai contoh, Steiner menjelaskan bahwa jika Anda perlu mengubah sifat spektral perangkat optoelektronik, Anda dapat dengan mudah mengganti nanomaterial, membiarkan proses pembuatan lainnya tidak berubah. Jika kita terus mengembangkan metode ini lebih jauh, akan mungkin untuk mengumpulkan bahan nano yang berbeda di tempat yang berbeda di beberapa lintasan jalur perakitan, dan membuat detektor cahaya yang beroperasi di jendela frekuensi yang berbeda pada saat yang sama. "
Proses ini dapat digambarkan sebagai hibrida, yang menggabungkan
pendekatan top-down dan bottom-up, menurut
Michael Ingel , anggota tim peneliti Brasil. Beberapa tahun yang lalu, IBM menciptakan salah satu dari proses hybrid ini yang menggabungkan teknologi manufaktur top-down - seperti litografi - dengan teknologi bottom-up yang menumbuhkan elektronik melalui perakitan mandiri.
Ingel menjelaskan bahwa langkah pertama dalam proses hibrida adalah menumbuhkan graphene langsung pada substrat di mana nanomaterial sedang dirakit. Demonstrasi perusahaan menggunakan graphene pada silikon karbida. Ingel mencatat bahwa juga memungkinkan untuk menumbuhkan graphene pada bahan lain, seperti tembaga, dan kemudian mengelupasnya dan menempatkannya pada substrat silikon atau silikon oksida.
Langkah selanjutnya adalah etsa graphene untuk menentukan lokasi. Ini dilakukan dalam skala besar dan dapat dianggap sebagai bagian dari proses teknologi top-down.
Langkah ketiga menggunakan teknologi bottom-up, di mana para peneliti menempatkan lapisan graphene di medan listrik bolak-balik sambil secara bersamaan menempatkan solusi bahan nano di atas. Nanomaterial merembes ke bawah dan berada di antara elektroda graphene yang berlawanan.
"Jadi graphene menentukan lokasi dan memberikan orientasi medan listrik dan gaya yang menahan material nano untuk perakitan diarahkannya," kata Ingel.
Pada langkah keempat, elektroda graphene terukir dan operasi manufaktur tambahan dilakukan untuk mengintegrasikan perangkat elektronik atau optoelektronik.
Sebelum ini, metode yang paling maju adalah penggunaan elektroda logam, yang sulit untuk dihilangkan dan yang membatasi efisiensi perangkat dan potensi integrasi. "Kami percaya bahwa terobosan terbesar dalam pekerjaan ini adalah pengaturan bottom-up dari berbagai bahan nano dengan resolusi skala nanometer pada bagian yang jauh lebih besar dari ukuran milimeter, dan dengan elektroda yang mudah dilepas," kata Steiner. "Elektroda Graphene memberikan keselarasan dan kepadatan nanomaterial yang sangat baik, membatasi interaksi dengan bahan kimia, dan menghindari garis logam, menghasilkan kinerja perangkat yang unggul."
Proses ini tidak akan dapat dengan cepat membantu memenuhi
hukum Moore . Salah satu masalah terbesar, menurut Ingel, adalah penggunaan solusi bahan nano dalam produksi industri. "Ini akan membutuhkan kemajuan dalam standarisasi solusi bahan nano untuk mencapai hasil yang berulang dan konsisten, serta mengadaptasi metode dengan medan listrik tambahan untuk digunakan dalam proses pembuatan substrat," kata Ingel.
Meskipun IBM tidak akan menyelesaikan masalah standardisasi bahan nano, peneliti terus bekerja pada teknologi, mengintegrasikan berbagai bahan nano untuk memodifikasi sirkuit terpadu, seperti inverter listrik atau generator cincin, untuk memenuhi persyaratan yang berbeda. Para peneliti juga mengembangkan pemancar cahaya dan detektor chip yang sifat spektralnya ditentukan oleh bahan nano yang digunakan.