Az Észak-Karolinai Állami Egyetem kutatói egészen elképesztő gyártási technikát fejlesztettek ki, amely forradalmasíthatja a nanoméretű elektronikai eszközök előállítását. Az új “önszerelő” eljárás segítségével a csapat sikeresen készített el nanoméretű diódákat és tranzisztorokat, amelyek gyorsabb működést, alacsonyabb gyártási költségeket és nagyobb megbízhatóságot kínálnak a jelenlegi módszerekhez képest. Az eljárás során folyékony fémet és speciálisan kialakított öntőformákat használnak a bonyolult 3D-s szerkezetek precíz összeszereléséhez – számol be róla a New Atlas.

A Materials Horizons című lapban közölt tanulmányban bemutatott technológia az úgynevezett Field-fémen (indium, bizmut és ón folyékony ötvözete) alapul. Amikor a folyékony fém érintkezik a levegővel, a felszínén egy vékony oxidréteg keletkezik. Ezt a folyékony fémet a kutatók egy forma mellé helyezték, amelyet amúgy bármilyen méretűre és alakúra lehet tervezni az igényeknek megfelelően. Ezután egy speciális folyadékot öntöttek a fémre, amely negatív töltésű ligandum molekulákat tartalmazott. Ezek a molekulák képesek az oxidrétegből pozitív töltésű fémionokat “kivonni” – a későbbiekben ezek a fémionok amolyan “építőkockaként” funkcionálnak majd. A folyadék a formán belül mozog, és közben a fémionokat is magával húzza. A forma meghatározza az anyag mozgását a kapilláris hatás segítségével, és egyúttal segít abban, hogy ezek az építőkockák rendezett szerkezetet alakítsanak ki: például apró vezetékeket. Mint azt Martin Thuo, az NC State vezető kutatója és professzora magyarázza:

“Öntőforma nélkül ezek a szerkezetek kaotikus mintázatokat hoznának létre. Az öntőforma segítségével azonban kiszámítható, szimmetrikus elrendezések készíthetők.”

Az összeszerelés befejeztével az oldat elpárolog, így a szerkezetek tovább tömörödnek. Ezt követően az öntőformát eltávolítják, és az anyagot 600 °C-ra hevítik, hogy megszakítsák a ligandumok kémiai kötéseit. Ennek eredményeként a fémionok félvezető fém-oxidokká alakulnak, míg a ligandumokból származó szénatomok grafénrétegeket képeznek a vezetékek körül. Ezek a grafénbevonatok javítják a vezetőképességet és egyúttal védelmet nyújtanak az oxidáció ellen.

A kutatók a grafénrétegek módosításával demonstrálták a módszer sokoldalúságát – mivel ez lehetővé teszi ráadásul a vezetékek elektromos tulajdonságainak finomhangolását.

„Ez az eljárás lehetőséget ad arra, hogy a félvezetők sávszélességét optimalizáljuk, ezáltal növelve a teljesítményüket”

– tette hozzá Julia Chang, a tanulmány társszerzője, posztdoktori kutató.

A hevítés során fellépő enyhe zsugorodás ellenére a vezetékek sértetlenek maradtak, ami a módszer működőképességét bizonyítja. A csapat 44 nm-től 1000 nm-ig terjedő méretű szerkezeteket állított elő, amelyek versenyképesek a legkorszerűbb nanoméretű gyártási technológiákkal.

A hagyományos chipgyártással szemben, amely drága és gyakran hibás eredményeket produkál, ez az eljárás gyorsabb, olcsóbb és megbízhatóbb. A következő lépésként a kutatók összetettebb eszközök, például 3D-s chipek gyártásán dolgoznak, valamint a miniatürizálás további lehetőségeit kutatják.

(Kép: az új gyártási technológia sikeresen, “önszereléssel” hozott létre nanoszintű tranzisztorokat, diódákat és vezetékeket, forrás: Julia Chang/NC State University)