Klæbende UV-følsom tape gør 2D-materialeoverførsler nemmere – Physics World

Klæbende UV-følsom tape gør 2D-materialeoverførsler nemmere – Physics World

Tidsstempel: 12. marts 2024 kl. 8:00


Fotomontage, der viser 2D-materialer overført med tape på et kaffekrus; et tyndt, fleksibelt, gennemsigtigt stykke plastik; og et par laboratoriesikkerhedsbriller
Sidder fast på dig: Det nye UV-tape er i stand til at overføre 2D-materialer, inklusive grafen og overgangsmetal-dichalcogenider såsom MoS2, til en række forskellige substrater, herunder keramik, glas og plast samt silicium. (Med høflighed: Ago Lab, Kyushu University)

En ny type klæbende tape, der er følsom over for ultraviolet lys, gør det nemmere og billigere at overføre todimensionelle materialer som grafen til forskellige overflader. Ifølge deres Japan-baserede udviklere kan den nye tapeteknik revolutionere 2D-materialeoverførsel og bringe os tættere på at integrere sådanne materialer i enheder.

2D-materialer danner grundlaget for mange avancerede elektroniske og optoelektroniske enheder. Fordi de kun er nogle få atomer tykke, er disse materialer imidlertid vanskelige at overføre til enhedens overflader. Nuværende metoder er meget komplekse og involverer ofte ætsning af et substrat med ætsende syrer. Materialernes ekstreme tyndhed betyder også, at de ofte har brug for en polymerfilm til at understøtte dem under fremstillingsprocessen. Denne film skal fjernes med opløsningsmiddel efterfølgende, hvilket er tidskrævende og dyrt, og kan beskadige materialet ved at indføre uønskede defekter, der forringer dets elektroniske og mekaniske egenskaber.

Et nyt funktionelt bånd

Forskere ledet af Hiroki siden of Kyushu University siger, at de nu har fundet en alternativ løsning. Den nye funktionstape, som teamet udviklede ved hjælp af kunstig intelligens (AI), er lavet af en polyolefinfilm og et tyndt klæbende lag. Før det udsættes for UV-lys, udviser båndet stærke van der Waals-interaktioner med grafen (en 2D-form for kulstof) og klæber til det. Efter UV-eksponering svækkes disse interaktioner, så grafen let kan frigives og overføres til en måloverflade. Tapen stivner også lidt efter UV-eksponering, hvilket gør det endnu nemmere at pille grafenen af ​​den.

Arbejder i samarbejde med eksperter fra det japanske produktionsfirma Nitto Denko, udviklede forskerne derefter transfertape til andre teknologisk vigtige 2D-materialer. Disse omfatter hexagonal bornitrid (hBN), som nogle gange omtales som hvid grafen eller "grafens fætter", og overgangsmetal dichalcogenider (TMD'er), som viser lovende for post-silicium elektronik. I billeder opnået ved hjælp af optiske og atomare kraftmikroskoper virkede overfladerne af disse materialer efter tapeoverførsel glattere og indeholdt færre defekter end dem, der blev overført ved hjælp af konventionelle metoder.

Fleksibel og let skåret til

Da UV-tapen er fleksibel og (i modsætning til beskyttende polymerfilm) ikke skal fjernes med organiske opløsningsmidler efter overførsel, kan den bruges med underlag, der er buede eller følsomme over for sådanne opløsningsmidler, såsom plast. Ago mener, at dette kunne udvide båndets applikationer, og han og hans kolleger demonstrerede dette ved at lave en plastikenhed, der bruger grafen til at fornemme terahertz-stråling. "Sådan en enhed kunne være lovende for medicinsk billeddannelse eller lufthavnssikkerhed, da denne stråling kan passere gennem objekter, ligesom røntgenstråler," forklarer han.

UV-tapen er også let at skære til i den ønskede størrelse, hvilket gør det nemmere at overføre den helt rigtige mængde 2D-materiale. Denne "cut-and-transfer"-proces, som forskerne kalder det, vil minimere spild og reducere omkostningerne.

Et samarbejde, der holdt fast

Før udviklingen af ​​det nye bånd, arbejdede Agos forskergruppe i mere end 10 år på kemisk dampaflejring som et middel til at syntetisere højkvalitets grafen, hBN og TMD'er. I løbet af den tid, siger han, anmodede mange forskere om deres prøver, men de fleste af dem havde problemer med at overføre disse 2D-materialer til deres substrater. ”Jeg tænkte derfor: hvad nu hvis de nemt kunne klare denne overførsel selv? Det er derfor, vi begyndte at prøve at lave vores 2D-materialebånd,” siger Ago.

Billede, der viser trin i båndoverførselsprocessen. Tape klæbes til grafenen dyrket på en kobberfilm, UV-lys påføres, grafen+tapen adskilles elektrokemisk fra kobberet, grafen+tapen påføres et siliciumsubstrat, og tapen pilles af, så der kun er grafen tilbage. og dets substrat
Forskere fra Kyushu University og Nitto Denko udviklede et bånd, der ændrer, hvor godt det klæber til 2D-materialer som reaktion på UV-lys. (Med høflighed: Ago Lab, Kyushu University)

For at fremme teknikken samarbejdede Ago med Nitto Denko, som laver en lang række forskellige klæbebånd. Fordi disse tape oftere blev brugt til tykke materialer som papir, kæmpede samarbejdet i starten, men deres arbejde gav pote: "Efter omfattende research lykkedes det os endelig at udvikle UV-tape og transferprocesser, der er egnede til ren overførsel af 2D-materialer." Ago fortæller Fysik verden.

Mod storskala fremstillingsprocesser af 2D-materialer

Siden siger den mest direkte anvendelse af teknikken, som holdet beskriver i Naturelektronik, ville være at integrere det i storskala fremstillingsprocesser for 2D-materialer. Derfra tilføjer han: "Jeg forventer personligt udviklingen af ​​banebrydende avancerede enheder med vores UV-tapeoverførsel, fordi vi kan overføre forskellige typer 2D-materialer og endda stable disse materialer sammen i forskellige orienteringer, en proces, der tillader nye elektroniske egenskaber at opstå".

Selvom overførselsprocessen er relativt jævn, erkender Ago og kolleger, at den producerer nogle rynker og bobler i 2D-materialerne. De arbejder på forbedringer af sammensætningen af ​​det klæbende lag, der kan hjælpe med at løse dette problem. Et andet fokus for forbedring er at øge størrelsen af ​​de overførte 2D-materialer ud over de 4-tommer (102 mm) wafere, de bruger i øjeblikket.

"Jeg vil også udvikle fremstillingen af ​​mere sofistikerede enheder ved hjælp af forskellige typer 2D-materialer og UV-bånd," afslører Ago. "Disse kan væsentligt ændre den måde, elektroniske og fotoniske enheder produceres på." Yderligere samarbejder med den akademiske verden og industrien, siger han, kunne gøre holdet i stand til at "forbedre denne unikke båndoverførselsteknik og skubbe realiseringen af ​​kommercielle produkter ved hjælp af 2D-materialer fremad".

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden