เทปเหนียวไวต่อรังสียูวีทำให้การถ่ายโอนวัสดุ 2D ง่ายขึ้น - Physics World

เทปเหนียวไวต่อรังสียูวีทำให้การถ่ายโอนวัสดุ 2D ง่ายขึ้น - Physics World

ประทับเวลา: 12 มีนาคม 2024 8:00 น


ภาพตัดต่อแสดงวัสดุ 2 มิติที่ถ่ายโอนด้วยเทปลงบนแก้วกาแฟ ชิ้นพลาสติกบางยืดหยุ่นและโปร่งใส และแว่นตานิรภัยในห้องปฏิบัติการหนึ่งคู่
ติดใจคุณ: เทป UV ใหม่สามารถถ่ายโอนวัสดุ 2 มิติ รวมถึงกราฟีนและไดแชลโคเจนไนด์ของโลหะทรานซิชัน เช่น MoS2 ไปยังพื้นผิวที่หลากหลาย รวมถึงเซรามิก แก้ว และพลาสติก รวมถึงซิลิคอน (เอื้อเฟื้อโดย: Ago Lab, มหาวิทยาลัยคิวชู)

เทปเหนียวชนิดใหม่ที่ไวต่อแสงอัลตราไวโอเลตช่วยให้ถ่ายโอนวัสดุสองมิติ เช่น กราฟีน ลงบนพื้นผิวต่างๆ ได้ง่ายและราคาถูกกว่า ตามที่นักพัฒนาในญี่ปุ่นกล่าวว่าเทคนิคเทปใหม่สามารถปฏิวัติการถ่ายโอนวัสดุ 2D ทำให้เราเข้าใกล้การรวมวัสดุดังกล่าวเข้ากับอุปกรณ์มากขึ้น

วัสดุ 2 มิติเป็นพื้นฐานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และออปโตอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีความหนาเพียงไม่กี่อะตอม วัสดุเหล่านี้จึงถ่ายโอนลงบนพื้นผิวอุปกรณ์ได้ยาก วิธีการปัจจุบันมีความซับซ้อนสูงและมักเกี่ยวข้องกับการกัดซับสเตรตด้วยกรดที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ความบางมากของวัสดุยังหมายความว่าพวกเขามักจะต้องใช้ฟิล์มโพลีเมอร์เพื่อรองรับในระหว่างกระบวนการผลิต หลังจากนั้นจะต้องลอกฟิล์มนี้ออกด้วยตัวทำละลาย ซึ่งใช้เวลานานและมีค่าใช้จ่ายสูง และอาจทำให้วัสดุเสียหายได้เนื่องจากข้อบกพร่องที่ไม่พึงประสงค์ซึ่งทำให้คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และทางกลของฟิล์มลดลง

เทปฟังก์ชั่นใหม่

นักวิจัยนำโดย ฮิโรกิ อาโกะ of มหาวิทยาลัยคิวชู บอกว่าตอนนี้พวกเขาพบวิธีแก้ปัญหาอื่นแล้ว เทปฟังก์ชันใหม่ที่ทีมพัฒนาโดยใช้ปัญญาประดิษฐ์ (AI) ทำจากฟิล์มโพลีโอเลฟินส์และชั้นกาวบางๆ ก่อนที่จะสัมผัสกับแสงยูวี เทปจะแสดงปฏิกิริยาระหว่าง van der Waals กับกราฟีน (คาร์บอนรูปแบบ 2 มิติ) ที่รุนแรง และเกาะติดกับมัน หลังจากได้รับรังสียูวี ปฏิกิริยาเหล่านี้จะลดลงเพื่อให้สามารถปล่อยกราฟีนและถ่ายโอนไปยังพื้นผิวเป้าหมายได้ทันที นอกจากนี้ เทปจะแข็งขึ้นเล็กน้อยหลังจากได้รับรังสียูวี ซึ่งทำให้ลอกกราฟีนออกจากเทปได้ง่ายยิ่งขึ้น

ทำงานร่วมกับผู้เชี่ยวชาญจากบริษัทผู้ผลิตของญี่ปุ่น Nitto Denkoจากนั้น นักวิจัยได้พัฒนาเทปถ่ายโอนสำหรับวัสดุ 2D ที่มีความสำคัญทางเทคโนโลยีอื่นๆ ซึ่งรวมถึงโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม (hBN) ซึ่งบางครั้งเรียกว่ากราฟีนสีขาวหรือ “ลูกพี่ลูกน้องของกราฟีน” และไดแชลโคเจนไนด์ของโลหะทรานซิชัน (TMD) ซึ่งแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลังซิลิคอน ในภาพที่ได้รับโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบแรงแสงและอะตอมมิกแรง พื้นผิวของวัสดุเหล่านี้หลังจากการถ่ายโอนเทปจะดูเรียบเนียนขึ้นและมีข้อบกพร่องน้อยกว่าที่ถ่ายโอนโดยใช้วิธีการทั่วไป

มีความยืดหยุ่นและตัดตามขนาดได้ง่าย

เนื่องจากเทป UV มีความยืดหยุ่นและ (ต่างจากฟิล์มโพลีเมอร์ป้องกัน) ไม่จำเป็นต้องลอกออกด้วยตัวทำละลายอินทรีย์หลังการถ่ายโอน จึงสามารถใช้กับพื้นผิวที่โค้งงอหรือไวต่อตัวทำละลายดังกล่าว เช่น พลาสติก Ago คิดว่าสิ่งนี้สามารถขยายการใช้งานของเทปได้ และเขาและเพื่อนร่วมงานของเขาสาธิตสิ่งนี้โดยการสร้างอุปกรณ์พลาสติกที่ใช้กราฟีนเพื่อตรวจจับรังสีเทราเฮิร์ตซ์ “อุปกรณ์ดังกล่าวอาจมีแนวโน้มสำหรับการถ่ายภาพทางการแพทย์หรือความปลอดภัยของสนามบิน เนื่องจากรังสีนี้สามารถทะลุผ่านวัตถุได้ เช่นเดียวกับรังสีเอกซ์” เขาอธิบาย

เทปยูวียังตัดได้ง่ายตามขนาดที่ต้องการ ทำให้ถ่ายโอนวัสดุ 2D ในปริมาณที่เหมาะสมได้ง่ายขึ้น ตามที่นักวิจัยเรียก กระบวนการ "ตัดและโอน" นี้ จะช่วยลดของเสียและลดต้นทุน

ความร่วมมือที่ติดอยู่

ก่อนที่จะพัฒนาเทปใหม่ กลุ่มวิจัยของ Ago ทำงานมานานกว่า 10 ปีเกี่ยวกับการสะสมไอสารเคมีเพื่อสังเคราะห์กราฟีน hBN และ TMD คุณภาพสูง เขากล่าวในช่วงเวลานั้น นักวิจัยหลายคนขอตัวอย่างของพวกเขา แต่ส่วนใหญ่มีปัญหาในการถ่ายโอนวัสดุ 2D เหล่านี้ไปยังพื้นผิวของพวกเขา “ฉันจึงคิดว่า จะเกิดอะไรขึ้นถ้าพวกเขาสามารถโอนย้ายนี้ด้วยตัวเองได้อย่างง่ายดาย? นี่คือเหตุผลที่เราเริ่มลองทำเทปวัสดุ 2 มิติของเรา” Ago กล่าว

รูปภาพแสดงขั้นตอนในกระบวนการถ่ายโอนเทป เทปติดอยู่กับกราฟีนที่ปลูกบนฟิล์มทองแดง, แสงยูวีถูกนำไปใช้, กราฟีน+เทปถูกแยกทางเคมีไฟฟ้าออกจากทองแดง, กราฟีน+เทปถูกนำไปใช้กับซับสเตรตซิลิกอน และเทปถูกลอกออก เหลือเพียงกราฟีน และสารตั้งต้นของมัน
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยคิวชูและ Nitto Denko พัฒนาเทปที่เปลี่ยนความสามารถในการเกาะติดกับวัสดุ 2 มิติเพื่อตอบสนองต่อแสง UV (เอื้อเฟื้อโดย: Ago Lab, มหาวิทยาลัยคิวชู)

เพื่อพัฒนาเทคนิคนี้ Ago ได้ร่วมมือกับ Nitto Denko ซึ่งผลิตเทปกาวหลากหลายประเภท เนื่องจากเทปเหล่านี้มักใช้กับวัสดุหนา เช่น กระดาษ การทำงานร่วมกันจึงประสบความยากลำบากในตอนแรก แต่งานของพวกเขาก็ให้ผลดี: "หลังจากการวิจัยอย่างกว้างขวาง ในที่สุดเราก็ประสบความสำเร็จในการพัฒนาเทป UV และกระบวนการถ่ายโอนที่เหมาะสมสำหรับการถ่ายโอนวัสดุ 2D ที่สะอาด" ที่ผ่านมาเล่า. โลกฟิสิกส์.

สู่กระบวนการผลิตวัสดุ 2 มิติขนาดใหญ่

Ago กล่าวถึงการประยุกต์ใช้เทคนิคนี้โดยตรงที่สุด ซึ่งทีมอธิบายไว้ เนเจอร์อิเล็กทรอนิกส์, จะเป็นการรวมเข้ากับกระบวนการผลิตขนาดใหญ่สำหรับวัสดุ 2 มิติ จากนั้นเขากล่าวเสริมว่า "โดยส่วนตัวแล้วผมคาดหวังการพัฒนาอุปกรณ์ขั้นสูงที่ล้ำสมัยด้วยการถ่ายโอนเทป UV ของเรา เนื่องจากเราสามารถถ่ายโอนวัสดุ 2D ประเภทต่างๆ และแม้แต่ซ้อนวัสดุเหล่านี้เข้าด้วยกันใน ทิศทางที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นกระบวนการที่ทำให้คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ใหม่เกิดขึ้น".

แม้ว่ากระบวนการถ่ายโอนจะค่อนข้างราบรื่น แต่ Ago และเพื่อนร่วมงานรับทราบว่ากระบวนการดังกล่าวทำให้เกิดรอยยับและฟองอากาศในวัสดุ 2D พวกเขากำลังดำเนินการปรับปรุงองค์ประกอบของชั้นกาวที่อาจช่วยแก้ไขปัญหานี้ได้ จุดมุ่งเน้นในการปรับปรุงอีกประการหนึ่งคือการเพิ่มขนาดของวัสดุ 2D ที่ถ่ายโอนให้เกินกว่าเวเฟอร์ขนาด 4 นิ้ว (102 มม.) ที่พวกเขาใช้อยู่ในปัจจุบัน

“ฉันยังต้องการพัฒนาการผลิตอุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้นโดยใช้วัสดุ 2D และเทป UV ประเภทต่างๆ” Ago เผย “สิ่งเหล่านี้สามารถเปลี่ยนวิธีการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และโฟโตนิกส์ได้อย่างมาก” เขากล่าวว่าความร่วมมือเพิ่มเติมกับสถาบันการศึกษาและอุตสาหกรรมอาจทำให้ทีม “ปรับปรุงเทคนิคการถ่ายโอนเทปที่เป็นเอกลักษณ์นี้ และผลักดันให้เกิดผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์โดยใช้วัสดุ 2D”

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์