ساخت قطعات الکترونیکی بدون تراشه! یه روش انقلابی و ارزون (D-Met)

یه روش تازه برای سر هم کردن وسایل برقی

پژوهشگرا یه تکنیک جدید رو برای ساخت دستگاه‌های الکترونیکی، اونم به صورت خودکار، معرفی کردن. این روش، که فعلاً به عنوان یه آزمایش اولیه به کار رفته، تونسته دیود و ترانزیستور بسازه و راه رو برای تولید وسایل برقی پیچیده‌تر، بدون نیاز به روش‌های معمول تولید تراشه‌های کامپیوتری، باز کرده.

مارتین توهو، سردبیر اصلی این مقاله و استاد رشته‌ی مواد و مهندسی در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی، میگه: “روش‌های فعلی تولید تراشه، پر از مرحله‌های مختلف و وابستگی به تکنولوژی‌های پیچیده‌ست که هزینه‌بر و زمان‌گیره.” بعد اضافه میکنه: “روش خودمون خیلی سریع‌تر و کم‌هزینه‌تره. ما نشون دادیم که میشه از این روش برای تنظیم “شکاف انرژی” تو مواد نیمه‌رسانا و ساخت “موادی که به نور حساسن” استفاده کرد؛ یعنی این تکنیک برای ساخت “دستگاه‌های اپتوالکترونیکی” خیلی خوب جواب میده.”

توهو همچنین به این نکته اشاره میکنه که: “روش‌های فعلی تولید، راندمان پایینی دارن، یعنی تعداد زیادی تراشه‌ی خراب تولید میشه که دیگه نمیشه ازشون استفاده کرد. اما روش ما راندمان بالایی داره، یعنی میشه این قطعات رو پشت سر هم، با کمترین دورریز، تولید کرد.”

تکنیک جدید: واکنش فلز-لیگاند هدایت‌شده (D-Met)

توهو اسم این روش جدید رو گذاشته: واکنش فلز-لیگاند هدایت‌شده (D-Met). روش کارش اینجوریه: شما با یه سری ذره‌ی فلز مایع شروع می‌کنید. برای این آزمایش، محقق‌ها از فلز “فیلد” استفاده کردن که ترکیبی از ایندیم، بیسموت و قلعه‌ست.

این ذرات فلز مایع کنار یه قالب قرار می‌گیرن که میشه هر شکلی بهشون داد، یعنی هر اندازه‌ای که بخوای. بعد یه محلول رو روی فلز مایع می‌ریزن. این محلول شامل مولکول‌هایی به اسم لیگانده که از کربن و اکسیژن تشکیل شدن. لیگاندها، یون‌ها رو از سطح فلز مایع جمع می‌کنن و اون‌ها رو تو یه طرح هندسی خاص نگه می‌دارن. محلول کم‌کم روی ذرات فلز مایع پخش میشه و به داخل قالب کشیده میشه.

وقتی محلول وارد قالب میشه، لیگاندهای حامل یون‌ها شروع می‌کنن به خودآرایی و ساختارهای پیچیده‌تر و سه‌بعدی رو شکل میدن. هم‌زمان، قسمت مایع محلول شروع به تبخیر می‌کنه که این باعث میشه ساختارهای پیچیده فشرده‌تر بشن و به هم نزدیک‌تر بشن. توهو میگه: “اگه قالب نباشه، این ساختارها ممکنه یه الگوهای بی‌نظم بسازن. اما چون محلول تو قالب محدود شده، ساختارها تو یه سری طرح‌های قابل پیش‌بینی و متقارن شکل می‌گیرن.”

وقتی یه ساختار به اندازه‌ی دلخواه رسید، قالب رو برمیدارن و آرایه رو حرارت میدن.

تحقیقات درمورد نانوترانزیستورها و دیودها با استفاده از تکنیک D-Met

این حرارت باعث میشه لیگاندها تجزیه بشن و اتم‌های کربن و اکسیژن آزاد بشن. یون‌های فلزی با اکسیژن واکنش میدن و اکسیدهای فلزی نیمه‌رسانا رو تشکیل میدن، در حالی که اتم‌های کربن ورقه‌های گرافنی رو می‌سازن. این مواد خود به خود تبدیل به یه ساختار منظم میشن که شامل مولکول‌های اکسید فلزی نیمه‌رساناست که توی ورقه‌های گرافنی پیچیده شدن.

محقق‌ها از این روش برای ساخت ترانزیستورها و دیودهای نانومقیاس و میکرومقیاس استفاده کردن. جولیا چانگ، نویسنده‌ی اصلی مقاله و محقق فوق‌دکتری تو دانشگاه NC State، میگه: “ورقه‌های گرافنی میتونن برای تنظیم نوار انرژی نیمه‌رساناها استفاده بشن و همین باعث میشه که نیمه‌رسانا، بسته به کیفیت گرافن، بیشتر یا کمتر واکنش نشون بده.”

علاوه بر این، چون محقق‌ها تو این آزمایش اولیه از بیسموت استفاده کردن، تونستن ساختارهایی بسازن که به نور واکنش نشون میدن. این امکان بهشون اجازه میده که ویژگی‌های نیمه‌رساناها رو با استفاده از نور تغییر بدن. توهو میگه: “ماهیت تکنیک D-Met یعنی اینکه شما میتونید این مواد رو به صورت گسترده تولید کنید – تنها محدودیتتون، اندازه‌ی قالبی هست که استفاده می‌کنید.” اون ادامه میده: “شما همچنین میتونید ساختارهای نیمه‌رسانا رو با تغییر نوع مایعی که تو محلول استفاده میشه، اندازه‌ی قالب و سرعت تبخیر محلول، کنترل کنید.”

توهو اضافه میکنه: “خلاصه اینکه، ما نشون دادیم که میشه مواد الکترونیکی با ساختار بالا و قابل تنظیم رو، برای استفاده تو وسایل الکترونیکی کاربردی، به طور خودکار ساخت.” اون همچنین اشاره میکنه: “این کار نشون‌دهنده‌ی ساخت ترانزیستورها و دیودها بود. مرحله‌ی بعدی استفاده از این تکنیک برای ساختن دستگاه‌های پیچیده‌تر مثل تراشه‌های سه‌بعدی هست.”

مقاله ای با عنوان “مونتاژ هدایت‌شده‌ی بی‌نهایت از آرایه‌های اکسید فلزِ مرکب از فلز مایع” توی مجله Materials Horizons منتشر شده که دسترسی بهش آزاده. نویسنده‌ی اصلی این مقاله، جولیا چانگ، محقق فوق دکتری در دانشگاه NC State هستش. این مقاله به‌طور مشترک توسط اندرو مارتین، محقق فوق دکتری در دانشگاه NC State؛ آلانا پاولز و دهانوش جامادگنی، دانشجویان دکتری در دانشگاه NC State؛ و چوانشن دو، له وی، توماس وارد و منگ لو از دانشگاه ایالت آیووا نوشته شده. چانگ، مارتین و توهو دارن دنبال یه پتنت مرتبط با تحقیقات D-Met میگردن. چانگ، وارد و دو هم یه پتنت جداگانه دارن که منتظر تأییدشه و به تحقیقات D-Met مربوطه. این کار با حمایت مرکز سیستم‌های ذره‌ای پیچیده بنیاد ملی علوم تحت کمک هزینه‌ی 2243104 انجام شده.

“`