研究人員發(fā)現(xiàn)降低GaAs電路成本的新方法

 MIT研究人員發(fā)現(xiàn)一種用于大規(guī)模生產(chǎn)昂貴電路的新型「復(fù)制/貼上」方法，在制造上覆石墨稀的「供體」晶圓后，采用「沉積-剝離」的方式，降低電路與下層晶圓的成本。

美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員最近發(fā)明了一種用于大規(guī)模生產(chǎn)昂貴電路的新型「復(fù)制/貼上」(copy/paste)方法。 這項(xiàng)技術(shù)是在制造上覆石墨稀的「供體」(donor)晶圓后，采用「沉積-剝離」(復(fù)制/貼上)的方式，從而降低電路與下層晶圓的成本。

該技術(shù)能有助于制造商以較簡(jiǎn)單且低成本的方式，結(jié)合硅(Si)以及諸如用于晶體管管信道的砷化鎵(GaAs)等昂貴材料。

麻省理工學(xué)院教授Jeehwan Kim表示，「我們利用了石墨烯的強(qiáng)度及其潤(rùn)滑的特質(zhì)，而非其電氣性能，因而可制造昂貴材料的極薄電路，從而大幅降低使用特殊材料的總成本。 」

例如，目前，英特爾(Intel)、IBM等許多制造商正致力于硅晶圓上生長(zhǎng)GaAs晶體管信道，但由于硅與GaAs之間的晶格無(wú)法匹配，終究無(wú)法達(dá)到高質(zhì)量的結(jié)果。 然而，據(jù)Kim表示，采用遠(yuǎn)程外延的方式，能夠分別從石墨烯頂部供體晶圓剝離的GaAs薄層上制造這些GaAs信道，并接合于硅晶圓上，而不至于造成任何晶格不匹配的問(wèn)題。

研究人員利用僅沉積單原子層厚的石墨烯單層方式，形成了供體晶圓。 由于石墨烯接合至供體晶圓頂部且「可滑動(dòng)」，因而可在此堆棧頂部制造昂貴的材料薄層，而又不至于黏在該供體晶圓上。 Kim的研究團(tuán)隊(duì)再?gòu)墓w晶圓上簡(jiǎn)單地剝離昂貴的頂部半導(dǎo)體層，然后移植到低廉的基板(例如硅基板)上。 這種低成本的基板甚至可用芯片中的源極與汲極制圖，然后進(jìn)行蝕刻而將GaAs信道添加到其他的CMOS電路。 由于不存在晶格不匹配的問(wèn)題，所取得具有GaAs信道的硅晶晶體管將超越今所用的任何硅信道晶體管。

研究人員在石墨烯上生長(zhǎng)發(fā)光二極管(LED)，剝離后再放置于另一基板上 (來(lái)源：MIT)

由于石墨烯比鋼強(qiáng)600倍，而且能與下方供體晶圓緊密地接合，使得這一過(guò)程得以不斷地重復(fù)，如同用于大規(guī)模生產(chǎn)橡膠車(chē)輪的鋼模具，有助于石墨烯大量生產(chǎn)結(jié)合特殊材料的CMOS晶圓。 這些特殊材料本身還可用于LED、太陽(yáng)能電池、高功率晶體管或其他組件。 研究團(tuán)隊(duì)宣稱，單供體晶圓采用這種「復(fù)制-貼上」的方式目前還沒(méi)有次數(shù)的限制。

該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了采用特殊材料降低成本的可行性，包括GaAs、磷化銦(InP)和磷化鎵(GaP)等特殊材料，他們還將特殊材料的主動(dòng)層移植到低成本的軟性基板上，成功地制造出LED。

從硅晶圓上剝離鎳薄膜，展現(xiàn)使用2D材料轉(zhuǎn)換晶圓制程的概念 (來(lái)源：Jose-Luis Olivares / MIT)

接下來(lái)，研究人員計(jì)劃嘗試用于服裝和其他穿戴式材料上的技術(shù)，并試圖堆棧多層以創(chuàng)造更復(fù)雜的組件。