Экономичность производства гибких микросхем обеспечит «новая шелкография»

Одна из самых трудно решаемых на сегодняшний день технологических задач массового производства тонкопленочных гибких устройств носимой электроники, микро- и нанофотоники - нестабильность характеристик подложек из материалов с заданной двумерной структурой одноатомных слоев. И пока ее решение не найдено, о массовом производстве в этой сфере нечего и мечтать.


К каким только технологическим ухищрениям не прибегали материаловеды - результаты были далеки от требований, который могли бы удовлетворить промышленные компании. И вот недавно в двух авторитетных научных журналах - Nature Materials и Science - опубликованы статьи, описывающие уникальный метод мультипликации двумерных пленок арсенида галлия и нитрида галлия, используемых в гибкой электронике, который, по мнению специалистов, может «революционизировать» массовое производство гибких тонкопленочных микросхем.

Авторский коллектив этих статей впечатляет еще до ознакомления с сутью изобретенной технологии, свидетельствуя о высоком научно-технологическом потенциале команды исследователей, в которую вошли ученые Массачусетского технологического института, Виргинского университета, Техасского университета в Далласе, Военно-морской исследовательской лаборатории США и Китайско-французского института ядерной энергетики и технологий Университета Сунь Ятсена. Разработанная этой интернациональной командой технология «размножения» представлена в двух вариантах:

• однослойном - с использованием в качестве «мультиплицирующего слоя» графена
• многослойном, в котором последовательно «печатаются» друг над другом несколько двумерных слоев.

Оба варианта основаны на широко распространенном в полупроводниковом производстве процессе эпитаксии - наращивании на подложке пленки из газовой среды, в которой распылены молекулы, составляющие в конечном результате пленку с желаемым стехиометрическим составом.

Это решение было разработано в результате многолетних экспериментов с подложками из графена, которые привели к изобретению инновационной технологии «размножения» оригинальной структуры двумерного полупроводникового химического соединения, например, арсенида галлия. В результате огромного количества экспериментов, ученые установили, что если на подложку из двумерного арсенида галлия нанести слой графена, а затем с помощью процесса эпитаксии выращивать на нем из газовой среды пленку арсенида галлия, то «вторичный» слой окажется с тем же двумерным «рисунком», что и расположенный под графеном арсенид-галлиевый оригинал с тем же двумерным рисунком.

В традиционных технологиях изготовления двумерных арсенид-галлиевых (нитрид-галлиевых) микросхем процент «выхода годных» очень мал, что обуславливает неоправданно высокую себестоимость устройств. Но современный вариант «шелкографии», разработанный американскими и китайскими учеными, способен повысить «выход годных» не менее, чем на порядок. И о его внедрении в промышленное производство, которое реально наладить в течение не более двух лет, изобретатели уже ведут переговоры с крупнейшими производителями полупроводниковых устройств Японии, США и Южной Кореи.