Graphene Fets con más de 4 pulgadas y el mapeo de movilidad del portador extraído. Crédito: Nature Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41928-025-01353-x.
Los materiales semiconductores bidimensionales (2D) podrían permitir el desarrollo de componentes electrónicos más pequeños pero altamente rendimientos, lo que contribuye al avance de una variedad de dispositivos. Si bien se han realizado avances significativos en la síntesis de semiconductores 2D con propiedades electrónicas avanzadas, su transferencia limpia a sustratos e integración confiable en dispositivos reales hasta ahora ha demostrado ser desafiante.
Investigadores de la Universidad de Pekín, el Beijing Graphene Institute y otros institutos en China han desarrollado recientemente un nuevo método para integrar semiconductores 2D con materiales dieléctricos, que son materiales aislantes que ayudan a controlar el flujo de carga eléctrica en los dispositivos. Su enfoque, esbozado en un artículo publicado en Nature Electronics, implica el crecimiento epitaxial de una película dieléctrica ultra delgada en una superficie de cobre cubierta de grafeno, lo que posteriormente permite su transferencia a varios sustratos con defectos mínimos.
“El documento surgió de reconocer desafíos persistentes en la integración de materiales bidimensionales, como el grafeno, en dispositivos microelectrónicos”, dijeron a Tech Xplore Zhongfan Liu, Li Lin y Yanfeng Zhang, los autores correspondientes del periódico.
“Los métodos de transferencia convencionales que utilizan soportes de polímeros a menudo introducen la contaminación química, el estrés mecánico y los defectos interfaciales, que comprometen el rendimiento del dispositivo. Nuestro estudio tenía como objetivo desarrollar un proceso integral de escala de obleas que supere estos problemas, al preservar las propiedades intrínsecas de grafeno y garantizar una interfaz limpia y bien concurrida durante la transferencia y la encapsulación”. “.
Para demostrar su recién propuesto proceso a escala de obleas, Lin y sus colegas sintetizaron primero un dieléctrico de cristal único, a saber, óxido de antimonio (SB2O3). Luego depositaron este dieléctrico en grafeno que se cultivó en un sustrato Cu (111).
SB2O3 de cristal único sintetizado epitaxialmente en oblea de grafeno/Cu. Crédito: Nature Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41928-025-01353-x.
“Inicialmente, la película SB2O3 se cultiva epitaxialmente en el grafeno a través de un proceso de evaporación térmica de vacío”, explicó Lin. “El cobre se prioriza con una mezcla de agua-etanol para formar una capa de óxido delgada, reduciendo la adhesión entre el grafeno y el cobre. La capa dieléctrica no solo soporta la transferencia, sino que también actúa como la capa encapsulante, protegiéndola de contaminación y daño mecánico”.
En particular, los investigadores mostraron que el proceso habilitó la transferencia confiable de una oblea de grafeno de 4 pulgadas en sustratos objetivo con defectos mínimos. En el futuro, esto podría abrir nuevas posibilidades para el desarrollo de nuevos electrónicos que combinan semiconductores 2D con materiales dieléctricos.
“Nos dimos cuenta de la transferencia intacta de una oblea de grafeno de 4 pulgadas con propiedades eléctricas intrínsecas preservadas (movilidad promedio del portador de alrededor de 14,000 cm2 V-1 S-1) y se integró con SB2O3 dieléctrico de cristal único”, dijo Lin. “Sorprendentemente, nuestro método garantiza una excelente uniformidad del dispositivo y una estabilidad a largo plazo, con fluctuaciones de rendimiento mínimas observadas incluso después de la exposición prolongada al aire”.
Este trabajo reciente de Lin y sus colegas tiene implicaciones prácticas notables, ya que el método que desarrollaron pronto podría permitir la fabricación escalable de varios microelectrónicos y optoelectrónicos de alta ejecución y baja potencia basada en materiales 2D.
Como parte de sus próximos estudios, los investigadores planean desarrollar su enfoque, al tiempo que intentan extenderlo a la integración 3D de materiales 2D en dispositivos reales.
“Nuestro objetivo es desarrollar técnicas de transferencia avanzadas que faciliten el apilamiento y la alineación precisa de los materiales 2D para formar estructuras integradas tridimensionales de múltiples capas”, agregó Lin. “Esta investigación se centrará en abordar los desafíos relacionados con el acoplamiento entre capas, el control de interfaz y el patrón en configuraciones 3D, lo que en última instancia permite la fabricación de dispositivos electrónicos y optoelectrónicos de alto rendimiento, densamente integrados”.
Más información: Junhao Liao et al, transferencia asistida por dieléctrica utilizando óxido de antimonio de cristal único para dispositivos de material bidimensional, Nature Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41928-025-01353-x.
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Cita: El nuevo enfoque integra de manera confiable semiconductores 2D con Dielectrics (2025, 4 de abril) Recuperado el 4 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-pacroach-relianty-2d-semiconductors-dielectrics.html
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