Avanço na eletrônica de automontagem:pesquisadores apresentam fabricação de novos dispositivos

Eletrônicos e Sensores INSIDER
Os padrões fabricados por D-Met produzem componentes para uso potencial em sistemas microeletromecânicos (MEMS). (Imagem:Júlia Chang)
Pesquisadores demonstraram uma nova técnica para automontagem de dispositivos eletrônicos. O trabalho de prova de conceito foi usado para criar diodos e transistores e abre caminho para a automontagem de dispositivos eletrônicos mais complexos, sem depender das técnicas existentes de fabricação de chips de computador.

“As técnicas existentes de fabricação de chips envolvem muitas etapas e dependem de tecnologias extremamente complexas, tornando o processo caro e demorado”, disse Martin Thuo, autor correspondente de um artigo sobre o trabalho e professor de ciência e engenharia de materiais na Universidade Estadual da Carolina do Norte. "Nossa abordagem de automontagem é significativamente mais rápida e menos dispendiosa. Também demonstramos que podemos usar o processo para ajustar o bandgap para materiais semicondutores e fazer com que os materiais respondam à luz - o que significa que esta técnica pode ser usada para criar dispositivos optoeletrônicos.

“Além do mais, as atuais técnicas de fabricação têm baixo rendimento, o que significa que produzem um número relativamente grande de chips defeituosos que não podem ser usados. Nossa abordagem é de alto rendimento, o que significa que você obtém uma produção de arrays mais consistente e menos desperdício.”

Thuo chama a nova técnica de automontagem de reação dirigida de metal-ligante (D-Met). Você começa com partículas de metal líquido. Para o trabalho de prova de conceito, os pesquisadores usaram o metal de Field, que é uma liga de índio, bismuto e estanho. As partículas de metal líquido são colocadas próximas a um molde, que pode ser feito em qualquer tamanho ou padrão. Uma solução é então derramada sobre o metal líquido. A solução contém moléculas chamadas ligantes que são compostas de carbono e oxigênio. Esses ligantes coletam íons da superfície do metal líquido e os mantêm em um padrão geométrico específico. A solução flui através das partículas de metal líquido e é puxada para dentro do molde.

À medida que a solução flui para o molde, os ligantes portadores de íons começam a se montar em estruturas tridimensionais mais complexas. Enquanto isso, a parte líquida da solução começa a evaporar, o que serve para agrupar as estruturas complexas cada vez mais em uma matriz.

“Sem o molde, essas estruturas podem formar padrões um tanto caóticos”, disse Thuo. “Mas como a solução é limitada pelo molde, as estruturas se formam em arranjos simétricos e previsíveis.”

Assim que a estrutura atinge o tamanho desejado, o molde é removido e a matriz é aquecida. Esse calor quebra os ligantes, liberando os átomos de carbono e oxigênio. Os íons metálicos interagem com o oxigênio para formar óxidos metálicos semicondutores, enquanto os átomos de carbono formam folhas de grafeno. Esses ingredientes se reúnem em uma estrutura bem ordenada que consiste em moléculas de óxido metálico semicondutoras envoltas em folhas de grafeno. Os pesquisadores usaram essa técnica para criar transistores e diodos em nanoescala e microescala.

“As folhas de grafeno podem ser usadas para ajustar o bandgap dos semicondutores, tornando o semicondutor mais ou menos responsivo, dependendo da qualidade do grafeno”, disse Julia Chang, primeira autora do artigo e pesquisadora de pós-doutorado na NC State. Além disso, como os pesquisadores usaram bismuto no trabalho de prova de conceito, eles conseguiram criar estruturas fotorresponsivas. Isso permite que os pesquisadores manipulem as propriedades dos semicondutores usando luz.

“A natureza da técnica D-Met significa que você pode fabricar esses materiais em grande escala – você está limitado apenas pelo tamanho do molde que usa”, disse Thuo. “Você também pode controlar as estruturas semicondutoras manipulando o tipo de líquido usado na solução, as dimensões do molde e a taxa de evaporação da solução.

“Resumindo, mostramos que podemos automontar materiais eletrônicos altamente estruturados e sintonizáveis para uso em dispositivos eletrônicos funcionais”, disse Thuo. "Esse trabalho demonstrou a criação de transistores e diodos. O próximo passo é usar essa técnica para fazer dispositivos mais complexos, como chips tridimensionais."

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