グラフェンの驚異的な特性と、不思議な材料にバンドギャップを与えてきたすべてのエンジニアリングにもかかわらず、デジタルロジックの見通しはこれまでのように疑いが残りません。

写真：jose-luis olivares / mit

デジタルロジック以外のエレクトロニクスにおけるグラフェンの用途のリストは増加を続けています。最新は材料のバルクウェハを使用することの高いコストなしに半導体薄膜を調製することにより、グラフェンがエキゾチックな半導体の利用を産業によりアクセスしやすくすることができるmitの研究から来ている。

ジャーナルの性質に記載された研究では、ガリウム砒素（ガー）ウェハの上にグラフェンの薄膜が置かれています。ヒ化ガリウム（ガー）、リン化インジウム（インジウム）およびヒ化インジウムガリウム（インジウム）のような複数の元素で作られた化合物半導体は、エピタキシャルプロセスにおいてそのグラフェン層の上に成長する。

グラフェンは基板上で不活性で薄いため、ガー基板から放射される電子ポテンシャル場がグラフェンを透過する可能性があります。これは、基板の原子構造に関する「情報」が通過することを可能にする。このようにして、グラフェンの上に成長したガー・フィルムは、基板と同じ原子構造を採用することができます。化合物半導体が形成された後、成長した半導体を容易に剥がすことができるようにグラフェンが十分に滑らかであり、下にあるウェーハを無傷で残す。

自立型の「単結晶」を創り出す...。薄膜は物質科学界では非常に難しい課題です」と、mitの助教授、ジーファン・キム（Jeehwan Kim）教授は、eeeスペクトルの電子メールインタビューで述べています。 「このプロジェクトの驚くべき点は、グラフェンの上に大規模な単結晶化合物半導体を作り、それが容易に剥がれることでした」。

photo：jose-luis olivares / mitleds（グラフェンコピーマシンテクニック）

第一原理密度汎関数理論（dft）と呼ばれる計算の使用を通して、研究者は、ガウスウェーハとガー薄膜との間の真空ギャップを介して電子ポテンシャルをモデル化することができた。モデルは、このギャップが0.9ナノメートル未満であると、ガー基板の電子ポテンシャルが、到着するガリウム原子およびヒ素原子と依然として相互作用し得ることを示した。

これらの計算に基づいて、Mit研究者は、ウェーハの原子結晶構造が化合物半導体に移されることを知っていた。ウェーハは、その上に単結晶デバイスを成長させるための結晶シード層として機能する。ウェハの唯一の所望の態様は、単結晶テンプレートとして機能するその研磨面であるが、ウェハは過酷な処理に耐える機械的剛性を与えるように意図的に厚く作られる。

化合物半導体のより安価な供給源の必要性は明らかである。キムによれば、ある種のデバイス用途ではそれを不十分にする特定のシリコン特性がある。例えば、シリコン上に高品質のLEDを成長させることは不可能です。このデバイスの用途にはサファイアウェーハまたはシリコンカーバイドウェーハが必要である。

「ウェハのコストが経済的に不可能なため、業界に持ち込むことのできない特定の電子/フォトニックデバイスの例がもっとたくさんあります」とキム氏は言います。 \"我々は、この目標のために特に無限ウェーハ再利用性の概念をもたらしている。

キムは、このプロジェクトの最終目標は2つのことを達成すると述べています。第一に、エキゾチックな化合物半導体デバイスの製造コストを大幅に引き下げること。新しいデバイスを発明する機会を創造することです。

この研究はまた、ゲルマニウムやIII-V半導体などの結婚材料に存在する製造上の問題をシリコンicsからより速いロジックのシステムにまで解決しています。これらの材料をシリコン上に堆積させると、デバイスの性能を損なう欠陥を引き起こす傾向がある。

イラスト：ミット

シリコン上に欠陥を最小限に抑えて半導体を成長させるためには、成長する膜の結晶格子のサイズがシリコンの結晶格子に似ていることを保証することが必要であり、これは格子整合と呼ばれることもある。残念なことに、ゲルマニウム原子はシリコン原子よりもはるかに大きいので、シリコン上に純粋なゲルマニウム結晶を成長させる場合、結晶格子のサイズの違いはゲルマニウム結晶に多くの欠陥を引き起こすでしょう。

この最新のアプローチでは、ガーネットはグラフェン上で成長してシリコン基板に転写することができます。

我々は本質的に、単結晶シリコン基板上に単結晶ガー・フィルムのスタックを作成しました。このように[化合物半導体]と「シリコン」を結びつけようとしているのです。

業界が採用する技術の最大の要件の1つは、大規模な処理を実証することです。 mitチームの現在の課題は、高収率でグラフェン転写プロセスを拡大することです。グラフェンカバレッジが理想的ではない特定の領域があり、我々は単結晶グラフェンの大規模な高品質グラフェン転写を業界に提供したいと考えています。

研究者はこれらの化合物半導体膜の成長および剥離プロセスを改善し続けているが、異種半導体で作られたモノリシック集積デバイスであるヘテロ構造デバイスの作成にもっと関心が集まっている。従来のエピタキシープロセスにおける「格子整合（lattice matching）」の問題のために実現が困難であった。

キム氏は次のように付け加えています。「我々は、異種の半導体をそれぞれの上に積み重ねることによって、斬新なデバイスを設計し、製造しています。我々は最終的に、複数の半導体のユニークで非常に有利な特性をすべて1つのデバイスに統合したいと考えています。

キーワード：ミット化合物、半導体iii-v、インジウムリン、エピタキシ、ウェハ、グラフェン、ヒ化ガリウム、ヒ化インジウムガリウム

ソース：ieee

詳細については、当社のウェブサイトをご覧ください： http://www.semiconductorwafers.net 、

s 私たちのメールでの私たちの終了 angel.ye@powerwaywafer.com または powerwaymaterial@gmail.com 。