- 超薄,liquid-metal-printed氧化物可以提高晶体管的性能通过抑制振动的阻力
- 相反,发生这种情况通过添加额外的声子(振动)到系统中
- 这种氧化可以保护你的晶体管对进一步处理
蒙纳士学院的物理学和天文学研究团队:西门提•Bhattacharyya博士教授迈克尔·元首和作者马特Gebert
莫纳什大学的研究人员已经证明了一个新的、保护atomically-thin电子——违反直觉的方法添加振动,减少振动。
通过“挤压”细滴液体镓,石墨烯设备涂保护涂层的玻璃、氧化镓。
这种氧化非常薄,不到100原子,但涵盖了厘米宽的范围内,使它可能适用于工业大规模制造。目前,边境“2 nm”晶体管盖茨从IBM使用类似的厚度,接近10 nm(140原子)。
“机械转移这样的大面积nanosheets相当新颖,“作者马修Gebert说。
设备保护氧化提供一种新方法,同时也提高设备性能:
液态金属轧制:如何机械传输保护,大面积氧化镓到晶体管。(点击下载MP4)
“氧化不仅增强和保护我们的设备当我们第一次转移,而且以后,在随后的加工和制造,”合著者西门提•Bhattacharyya说。
部分氧化镓的提高性能是由于材料的high-K介电性能,长征中的一个关键组件,对微波设备和减少功率损耗。
保护性氧化镓也产生一个令人惊讶的结果,降低石墨烯的电阻是由热引起的振动由于周围的热材料。
“这是令人惊讶的,因为实际上我们实际上是增加额外的振动,减少总振动,”马特说。
这是第一次这样的策略来减少阻力由于热振动已经证明在石墨烯装置。
防止破坏环境
“氧化不仅增强和保护我们的设备当我们第一次转移,而且以后,在随后的加工和制造。”西门提•Bhattacharyya博士作者(现在的莱顿大学)
莫纳什大学团队从ARC卓越中心在未来的低能电子技术(船队)使用一种新型液态金属印刷技术创建氧化镓(Ga2O3)玻璃。这个方法是由舰队合作者在RMIT设计,用小说的玻璃在各种电子产品的应用。
玻璃膜表面形成液滴的液态金属镓比人的头发细5000倍,但可以可靠地“印刷”从液态金属的表面形成均匀连续的层在厘米级的地区。
液态金属的方法保护设备提供了两个优势。layer-printing方法阻止增长损害,而传输层是一个很好的屏障进行进一步处理。
氧化镓封装不仅提供了保护,但还可以提高性能,因为它High-K介质品质。High-K电介质与石墨烯并不容易集成,这些材料的增长通常包括高能原子的轰炸。
氧化镓封装是一个机械传输技术(马太福音Gebert)说:“认为叉车叠加,,是完全不同的替代沉积方法(如原子层沉积、蒸发、溅射和汽相淀积)已不可取的属性,如高温要求。
因为金属镓是液体接近室温(30֯C),这个过程有很多优势工业应用。事实上,氧化镓可以用作缓冲层之前,使用其他方法进一步处理。
莫纳什团队证明氧化镓保护石墨烯的表面损伤检测石墨烯设备与工业增长的工具。氧化沉淀一层损坏只发现了石墨烯的领域,而氧化镓所覆盖的区域保留他们的品质。
介电层和计算的重要性
Electrically-insulating(介质)材料在晶体管的作用尤为重要,微小的“开关”的核心电子和计算。这些介电材料允许晶体管开关打开或关闭无泄漏,从而允许你使用你的手机/电脑。
“开关”晶体管、电子积累在介电材料设备创建一个电压和影响力。然而,薄电介质泄漏电流,减少切换的能力,当前以热能的形式浪费。High-K电介质很重要,因为它们增加了开关的有效性,允许减少漏电流,因此能源浪费。
然而,即使high-K电介质设备并非不受大小。电子材料变得越来越薄我们无情地走向cramming-in更多的晶体管(服从摩尔定律),材料成为邻国的强烈影响的表面材料,通常会导致性能的下降。这就解释了为什么石墨烯常被high-K电介质。
其中一个可耻的现象,发生在表面材料振动。
振动和氧化镓的优势
远程声子散射:振动在邻近的材料使电子在石墨烯分散,增加电阻。
由于热材料的振动,导致材料的电阻,称为声子。这些振动(声子)导致固体中的原子振动,这些振荡流动电子反弹和改变自己的方向,导致电阻。
碳原子在石墨烯本身的热振动引起阻力非常小,这是石墨烯的一个原因是这样一个电子产品的有用材料。
然而,石墨烯薄的本质(只有一个原子厚)意味着热振动周围(远程)材料可以在电子在石墨烯产生重大影响,这些是主要的导致石墨烯的电阻在室温下。
随着温度的升温,越来越多的声子兴奋,阻力增加散射电子。
“你可以认为这个场景是一个篱笆,”马特Gebert解释道,他是一个博士生莫纳什大学/舰队。
“篱笆(二维石墨烯)的行为受到邻国两边(石墨烯)的两侧绝缘材料。一个邻居可能有一个干净的环境对他们的栅栏(良好的绝缘体,很少有声子),但其他的邻居可能有一个杂草丛生的花园损害栅栏(糟糕的绝缘子,并有很强的声子)…”
“最后,你的栅栏(石墨烯)不为目的是打算,也许甚至没有形成一个完整的栅栏(电子电路)了!”
探讨保护性氧化镓的品质,团队机械大面积石墨烯上传输设备。
后续测量证实,石墨烯的电学性能在不同的温度和电子的数量是维护——即高电子迁移率晶体管的一个非常有用的特性是保留。
氧化镓在毫米尺度与石墨烯设备、集成无铅芯片载体。
“出人意料的是,添加层Ga2O3玻璃降低石墨烯的电阻是由于声子散射,”麦特解释说。
(这是真正的目标区间的温度,略低于室温。)
“这是反直觉的,因为这个材料,通过添加你引入额外的声子。所以你可能会想:声子越多,越高我们希望抵抗!”
然而,这些结果同意现有理论声子的绝缘体。遗传算法2O3主机声子强,但这个属性还允许它来调整自己的原子配置屏幕的电场从二氧化硅玻璃的声子在另一边的石墨烯。
进一步帮助情况下,强大的遗传算法2O3声子模式要求高能源来填充。因此,遗传算法2O3声子只在更高的温度变得活跃(热能)这导致较低的总电阻在石墨烯,直到温度达到-53oC (220 K),氧化镓是捡(只)良好的振动。
设备性能的新途径。
这项工作是在部分进行开放墨尔本中心奈米制造(m cn),圆片规模设备由舰队人员捏造。
这个策略,降低整体声子内容,首次证明,可以用来识别性能混合材料在室温下2 d电子产品。
类似的电介质材料的高能比Ga声子模式2O3可以与现有的硅技术合作伙伴,目前正在推动量子限制。
液态金属印刷技术为工业合作伙伴是一个通用的方法。touch-printing Ga的过程2O3尺度大的圆片规模地区,非常可自动化的,显示良好的重现性,表明行业采纳性的优点。
金属镓,融化在30左右oC和传输设备也便宜的相对于其他氧化物沉积方法需要大量的材料或高度升高温度。
这项研究
”钝化石墨烯与机械传输Ga supressing界面声子散射2O3”发表在纳米快报2022年11月(DOI: 10.1021 / acs.nanolett.2c03492)。
这项工作是由莫纳什大学在此生的协作下,两组是舰队的一部分(未来的低能电子科技),澳大利亚研究委员会卓越中心。
制造的一部分也在进行墨尔本奈米制造中心(m cn)。
更多的信息
- 联系莱顿大学西门提•Bhattacharrya博士(现在)bhattacharyya@physics.leidenuniv.nl
- 联系教授Michael元首(莫纳什大学)michael.fuhrer@monash.edu
- 访问的元首组实验室
- 连接@MattGebert|@Semontis|@MichaelSFuhrer
- 连接@FLEET|看