自组装电子产品的新时代：颠覆传统芯片制造的创新路径

来自 实验室仪器网

在《材料视野》发表的一项研究中，研究人员开发了一种自组装电子设备的新方法。概念验证工作生产出了二极管和晶体管，展示了不依赖传统计算机芯片制造工艺而自组装更复杂电子设备的潜力。

现有的芯片制造技术涉及许多步骤，并且依赖于极其复杂的技术，因此成本高昂且耗时。我们的自组装方法速度快得多，成本也低得多。我们还证明了我们可以使用该工艺调整半导体材料的带隙，并使材料对光产生响应，这意味着该技术可用于制造光电设备。

此外，目前的制造技术良率较低，这意味着它们会产生大量无法使用的有缺陷芯片。方法是高良率，这意味着您可以更一致地生产阵列并减少浪费。 研究人员将这种新型自组装方法称为定向金属-配体 (D-Met) 反应。

该过程从液态金属颗粒开始。为了进行概念验证实验，研究人员使用了菲尔德金属，即铟、铋和锡的合金。这些液态金属颗粒被放置在模具附近，模具可以定制成任何尺寸或图案。然后将溶液倒在液态金属上。

溶液中含有配体，即由碳和氧组成的分子。这些配体从液态金属表面吸引离子，并将它们组织成精确的几何图案。随着溶液充满模具，含离子的配体开始自组装成更复杂的三维结构。随着溶液的液体部分蒸发，这些结构变得更加紧密地堆积在一起。

如果没有模具，这些结构会形成一些混乱的图案。但由于溶液受到模具的限制，这些结构形成了可预测的对称阵列，当结构达到适当尺寸时，移除模具并加热阵列。这种热量会降解配体，释放碳和氧原子。金属离子与氧结合形成半导体金属氧化物，而碳原子形成石墨烯片。这些成分形成一种由包裹在石墨烯片中的半导体金属氧化物分子组成的有序结构。研究人员采用这种方法制造了纳米级和微米级晶体管和二极管。

石墨烯片可用于调整半导体的带隙，使半导体的响应性增强或减弱，这取决于石墨烯的质量。通过在概念验证阶段使用铋，研究人员能够创建光响应结构。这允许使用光来修改半导体特性。

研究人员指出D-Met技术的本质意味着你可以大规模生产这些材料，只受所用模具尺寸的限制。还可以通过控制溶液中使用的液体类型、模具尺寸和溶液的蒸发速率来控制半导体结构。”

简而言之，已经证明了我们可以自组装高度结构化、高度可调的电子材料，用于功能性电子设备。这项工作展示了晶体管和二极管的创造。下一步是利用这种技术制造更复杂的设备，比如三维芯片。

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