二維（2D）材料具有巨大的潛力，可以為設備提供更小的尺寸和擴展的功能（相對于當今的硅技術可以實現的功能）。但是，要開發這種潛力，我們必須能夠將2D材料集成到半導體生產線中-這是非常困難的一步。瑞典和德國的石墨烯旗艦研究人員團隊現在報告了使這項工作有效的新方法。

 

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2D材料與硅或與具有集成電子設備的基板的集成提出了許多挑戰。石墨烯旗艦會員KTH的研究員Arne Quellmalz說："從特殊的生長基質轉移到構建傳感器或組件的最終基質始終是關鍵的一步。" "您可能希望將用于光學片上通信的石墨烯光電檢測器與硅讀出電子設備相結合，但是這些材料的生長溫度過高，因此您不能直接在設備基板上進行這種操作。"

 

到目前為止，大多數將2D材料從其生長襯底轉移到所需電子器件的實驗方法要么與大批量生產不兼容，要么導致2D材料及其電子性能的顯著降低。Quellmalz及其同事提出的解決方案的優點在于，它在于現有的半導體制造工具包：使用稱為雙苯并環丁烯（BCB）的標準介電材料以及傳統的晶圓鍵合設備。

 

 

 

材料晶圓級傳輸。（1）在目標晶圓上旋涂熱固性雙苯并環丁烯（BCB）作為粘合劑層并對其進行軟烘烤。（2）將2D材料放置在目標晶片頂部的其生長襯底上，并使2D材料面向目標晶片。（3）通過使用商用半導體晶片鍵合工具對晶片堆疊施加熱量和力來進行粘合劑晶片鍵合，從而在其生長襯底上的2D材料與目標晶片之間形成穩定的鍵合。（4）去除生長底物。（I）在目標晶圓上轉移2D材料。b二維材料異質結構的形成。（1）無需額外處理就重復使用步驟（I）中的目標晶片。（2）將第二種2D材料放置在目標晶圓頂部的其生長襯底上，使2D材料面對先前傳輸的2D材料。（3）如a）步驟（3）中的晶片鍵合。（4）去除第二2D材料的生長襯底。（II）在目標晶圓上轉移的2D材料異質結構。

 

Quellmalz說："我們基本上將兩種晶片與BCB制成的樹脂粘合在一起。" "我們加熱樹脂，直到像蜂蜜一樣變得粘稠，然后將2D材料壓在它上面。" 在室溫下，樹脂變為固體，并在2D材料和晶圓之間形成穩定的連接。"要堆疊材料，我們重復加熱和加壓的步驟。樹脂再次變得粘稠，表現得像墊子或水床，支撐層堆疊并適應新的2D材料的表面。"

 

研究人員展示了石墨烯和二硫化鉬（MoS2）的轉移，作為過渡金屬二鹵化碳的代表，以及具有六方氮化硼（hBN）和MoS2的堆疊石墨烯向異質結構的轉移。據報道，所有轉移的層和異質結構都是高質量的，也就是說，它們在100毫米大小的硅晶片上具有均勻的覆蓋范圍，并且在轉移的2D材料中幾乎沒有應變。

 

研究人員認為，其轉移方法原則上適用于任何2D材料，而與生長基質的大小和類型無關。并且，由于它僅依賴于半導體工業中已經普遍使用的工具和方法，因此它可以大大加快新一代設備在市場上的出現，其中將2D材料集成在常規集成電路或微系統之上。這項工作是朝著這個目標邁出的重要一步，盡管仍然存在許多其他挑戰，但潛在的應用范圍很廣：從光子學，傳感技術到神經形態計算。二維材料的集成對于歐洲高科技行業而言可能是真正的游戲規則改變者。