前些日子，麻省理工學(xué)院工程師開發(fā)了一種新技術(shù)可能大大降低晶圓制造的總體成本，并且能制造比傳統(tǒng)硅材料性能更高的半導(dǎo)體材料器件。
這種新方法的基本過程是使用石墨烯作為一種“復(fù)制機(jī)器”，再將復(fù)雜的晶體圖案從下面的半導(dǎo)體晶片轉(zhuǎn)移到相同材料的頂層。這種工藝可用于設(shè)計未來的新二維半導(dǎo)體材料晶圓，例如二硒化鎢，二硒化鉬、黑磷等，如果這些新材料未來會被應(yīng)用于芯片制造的話。
工程師制定了精心控制的程序，將單張石墨烯放在昂貴的晶圓上。然后他們在石墨烯層上生長半導(dǎo)體材料。他們發(fā)現(xiàn)石墨烯足夠薄以致看起來不可見，然后頂層的材料透過石墨烯看到下面的晶體晶片，印記其圖案而不受石墨烯的影響。
石墨烯也相當(dāng)“滑”，并且不容易粘附到其他材料上，使得工程師可以在其結(jié)構(gòu)被印刻后從晶片上簡單地剝離頂部半導(dǎo)體層。
在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造中，一旦晶圓被轉(zhuǎn)移，晶圓與半導(dǎo)體的結(jié)合力非常強(qiáng)幾乎不可能在不破壞兩層的情況下分離。但通過新技術(shù)，制造商現(xiàn)在可以使用石墨烯作為中間層，允許他們復(fù)制和粘貼晶圓，從晶圓上分離復(fù)制的薄膜，并重復(fù)使用晶圓多次。這樣除了節(jié)省晶圓成本之外，這也為探索和研究更多具有潛力的半導(dǎo)體材料提供了機(jī)會。
至今，半導(dǎo)體行業(yè)一直停留在硅片上，盡管我們已經(jīng)找到了性能更好的半導(dǎo)體材料，例如硒化鎢、但由于成本的原因，我們還沒有能夠完全開發(fā)它們，能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的半導(dǎo)體不僅是性能，還有成本。
在石墨烯被發(fā)現(xiàn)之初，人們希望可以用石墨烯制造出非常快速的電子器件，但事實(shí)證明，理想和現(xiàn)實(shí)永遠(yuǎn)有差距，石墨烯雖然具有超強(qiáng)的導(dǎo)電性，但卻是零帶隙材料，阻止電子流過石墨烯非常困難，這使得它成為一種優(yōu)秀的導(dǎo)體，但卻是一種不好的半導(dǎo)體。因為要想使晶體管工作，它必須能夠打開和關(guān)閉電子的流動，以產(chǎn)生一個1和0的模式，指示設(shè)備如何執(zhí)行一組計算。
因此，研究人員沒有專注于石墨烯的電性能，而是研究了這種材料的機(jī)械特性。因為它是一種非常強(qiáng)大的超薄材料，在水平方向上原子之間形成非常強(qiáng)的共價鍵，它的范德華力非常弱，這意味著它不會與任何垂直方向發(fā)生反應(yīng)，這使得石墨烯表面非常光滑。
所以美國科學(xué)家認(rèn)為，具有超薄特氟隆特性的石墨烯可以夾在晶片和半導(dǎo)體層之間，提供幾乎不可察覺的不粘表面，通過該表面，新型半導(dǎo)體材料的原子可以在晶片的晶體圖案中重新排列。材料一旦被印刷，就可以簡單地從石墨烯表面剝離，使制造商能夠重新使用原始的晶圓。
研究人員已成功地將他們的技術(shù)應(yīng)用于未來具有潛力的晶圓和半導(dǎo)體材料，包括硒化鎢、硫化鎢、磷化銦，總之，這項新技術(shù)使得制造商可以應(yīng)用于硅片和任何性能更高的材料。
雖然，石墨烯本身很難作為半導(dǎo)體材料，但是卻可以將它應(yīng)用到新半導(dǎo)體的制造工藝中，這項技術(shù)可能徹底改變半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的薄膜生長，形成新穎的電子和光學(xué)器件應(yīng)用。”展望未來，研究人員計劃設(shè)計一個可重復(fù)使用的“母晶片”，創(chuàng)造出多功能，高性能的設(shè)備。以石墨烯作為媒介，不必?fù)?dān)心晶圓的成本，就相當(dāng)于一臺復(fù)印機(jī)，可以復(fù)印任何的半導(dǎo)體器件，然后剝離它，再重新使用晶圓。
