Les nanomatériaux offrent des propriétés optiques et électriques uniques et une intégration ascendante dans les processus de fabrication de semi-conducteurs industriels. Cependant, ils présentent également l'un des problèmes de recherche les plus difficiles. En substance, La fabrication de semi-conducteurs manque aujourd'hui de méthodes pour déposer des nanomatériaux à des emplacements de puce prédéfinis sans contamination chimique. Nous pensons que le graphène, l'un des plus fins, le plus fort, matériaux les plus souples et les plus conducteurs de la planète, pourrait aider à résoudre ce défi de fabrication.

Notre équipe, le groupe Industrial Technology and Science d'IBM Research-Brésil, se concentre sur le bâtiment, application, et l'adoption de nanomatériaux (d'une taille d'un millionième de millimètre) pour des applications industrielles à grande échelle. Jusqu'à il y a environ 30 ans, il n'était pas possible de voir et de manipuler des atomes et des molécules isolés. Avec le développement de nouvelles techniques, nous pouvons commencer à expérimenter et à théoriser sur l'impact du comportement d'un matériau à l'échelle nanométrique.

Dans notre nouveau papier, "Placement de nanomatériaux activé et dirigé à partir d'une solution pour l'intégration de dispositifs à grande échelle", Publié dans Communication Nature , nous et nos partenaires de collaboration académique avons prouvé pour la première fois qu'il est possible d'électrifier le graphène afin qu'il dépose du matériau à n'importe quel endroit souhaité sur une surface solide avec un taux de participation presque parfait de 97%. L'utilisation du graphène de cette manière permet l'intégration de nanomatériaux à l'échelle d'une plaquette et avec une précision nanométrique.

Non seulement il est possible de déposer du matériel à un endroit précis, localisation à l'échelle nanométrique, nous avons également signalé que cela peut être fait en parallèle, sur plusieurs sites de dépôt, ce qui signifie qu'il est possible d'intégrer des nanomatériaux à grande échelle.

Le graphène est le matériau le plus fin capable de conduire l'électricité et de propager des champs électriques. Les champs électriques sont ce que nous utilisons pour placer des nanomatériaux sur une feuille de graphène :la forme et le motif du graphène (que nous concevons) déterminent où les nanomatériaux sont placés. Cela offre un niveau de précision sans précédent pour la construction de nanomatériaux. Aujourd'hui, cette approche se fait avec des matériaux standards, principalement des métaux tels que le cuivre. Mais le défi se pose car il est presque impossible d'enlever le cuivre des nanomatériaux une fois qu'ils ont été assemblés, sans affecter les performances ni détruire complètement le nanomatériau. Le graphène nous donne non seulement une précision dans le placement des nanomatériaux, mais est facilement amovible du nanomatériau assemblé.

Surtout, la méthode fonctionne quelle que soit la forme du nanomatériau, par exemple, avec des points quantiques, nanotubes, et des nanofeuillets bidimensionnels. Nous avons utilisé cette méthode pour construire des transistors fonctionnels et tester leurs performances. En plus de l'électronique intégrée, le procédé peut être utilisé pour la manipulation et le piégeage des particules dans la technologie de laboratoire sur puce (microfluidique) [US20170292934A1].

L'avancement de l'utilisation du graphène pour le placement de nanomatériaux pourrait être utilisé pour créer des panneaux solaires de nouvelle génération, puces plus rapides dans les téléphones portables et les tablettes, ou dispositifs quantiques exploratoires, comme une commande électrique, émetteur ou détecteur de lumière quantique sur puce. Un tel dispositif est capable d'émettre ou de détecter des photons uniques, une condition préalable à une communication sécurisée.

Des preuves telles que cette recherche publiée suggèrent que le graphène pourrait permettre l'intégration de nanomatériaux que les matériaux standard (utilisés aujourd'hui) ne sont pas en mesure de faire. Cela pourrait ouvrir la voie à son inclusion dans la fabrication d'électronique à l'échelle industrielle, qui est un objectif clé de l'un des efforts de recherche les plus ambitieux au monde, Phare du graphène. En travaillant avec des partenaires industriels, nous espérons accélérer la génération de connaissances, développement technologique et adoption de cette méthode ascendante pour l'intégration des nanomatériaux.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation d'IBM Research. Lisez l'histoire originale ici.