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导读
创新背景 2016年，全球范围内半导体的销售额达到了最高点：3390亿美元。同年，全球范围内半导体产业花费72亿用于晶圆制造。这表明半导体产业目前发展势头很好，另外晶圆制造工艺又是半导体产业的基础和重点。 「晶圆」，即硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，它作为微电子元件的基质，可用于制造成晶体管、发光二极管、和其它电子和光子元器件。
（图片来源于：维基百科） 所以，对于晶圆制造工艺的改进，对于半导体产业影响无疑是根本和深远的。 创新探索 最近，麻省理工学院的工程师开发了一项创新技术，能够大幅减少晶圆技术的整体成本，有利于使用比传统的硅材料，更加独特、高性能的半导体材料，制造元器件。这项创新研究发表于昨天的《自然》杂志上。
（图片来源于: Jose-Luis Olivares/MIT） 麻省理工学院机械工程、材料科学和工程的助理教授 Jeehwan Kim 的研究小组在该校的电子研究实验室发明了这项技术。Kim 的论文合著者有论文第一作者、麻省理工学院的研究生 Yunjo Kim等人，以及来自俄亥俄州立大学和马斯达尔科学技术研究院的科研人员。 核心技术
研究人员使用的材料，是我们关注已久的二维材料：「石墨烯」。John之前多次介绍的，石墨烯是一种单层碳原子厚度的薄片，具有诸多优异的特性，例如：「轻薄」、「强度大」、「导电导热性强」。 自2014年石墨烯发明以来，研究人员一直都在研究石墨烯超常的电气属性，希望借此提高电子设备的性能和成本。石墨烯是一种极好的导体，电子流过石墨烯时几乎没有摩擦。可是，石墨烯用于半导体，其中的电子流一旦启动之后，就很难阻止它的流动，所以说石墨烯又是一个较差的半导体。 然而，如果要让半导体晶体管能正常工作，就需要能够控制电子流的开关，产生一种0和1的模式，使得器件进行一些列的计算。对此，Kim 这么说：
所以，研究人员一直在寻找更多的途径，将石墨烯变成廉价、高性能的半导体材料。 Kim 的研究小组采取了一种全新的方案，在半导体中使用石墨烯。让我们感到惊讶的是，研究人员并不是专注于石墨烯的电气特性，而是专注于其「机械特性」。对此，Kim 这么说：
所以，研究人员将它用作一种「复制机器」，将复杂的晶体图案，从下方的半导体晶圆转移至顶层的材料上。
工程师们精心设计了这一过程，他们将单独的石墨烯片放置于昂贵的晶圆之上，在石墨烯层上生长半导体材料。 他们发现石墨烯材料薄度足够，以至可呈现出电气上的“不可见”。顶层可以通过石墨烯看到下层的晶圆，刻印它的图案时，并不会受到石墨烯影响。 通过石墨烯表面，半导体材料的原子能够重新以晶圆的晶体图案进行组织。
（图片来源于: Jose-Luis Olivares/MIT） 现在，研究团队报告石墨烯具有超薄、类似聚四氟乙烯的特性，能够像三明治的中间那层一样，夹在晶圆和半导体层之间，提供一种几乎难以察觉的、不粘连的表面。 石墨烯是相当光滑的，它不会轻易粘连于其它材料的表面。这种材料一旦经过刻印，能够很容易地从石墨烯表面剥落，这样使得让制造商可以重用原始的晶圆。
总结一下，研究团队发现这项技术，他们称之为「远程外延技术」，能够成功地从同样的半导体晶圆上拷贝和剥落半导体层。 创新价值
Kim 称，在传统的半导体制造工艺中，一旦晶圆的图案转移后，它会和半导体进行强有力的绑定，所以在不损伤这两层的情况下进行分离，几乎是不可能的。对此，Kim 说：
团队的新技术让生产商们能够使用石墨烯作为一种中间材料，让它们复制和黏贴晶圆，将拷贝的薄膜与晶圆分离，并且多次重用晶圆。 对此，Kim 称：
除了通过重用节约晶圆成本，Kim 称这项技术还为拓展更加独特的半导体材料，打开了新的机遇。 对此，Kim 说：
研究人员已经成功将他们的技术应用到独特的晶圆和半导体材料，包括磷化铟、砷化镓、磷化镓，这些材料比硅贵50到100倍。
哈佛大学的物理学教授、石墨烯研究的先驱 Philip Kim，虽然没有参与这项研究，但是他说：
未来展望
研究小组研发的这种基于石墨烯的剥离的技术，也将推进柔性电子的进一步发展。 总体来说，晶圆是十分刚性的，使得它们制成的设备也同样是非柔性的。Kim 称，现在半导体设备例如LED和太阳能电池，已经可以制造成可弯曲和扭曲的。实际上，研究小组采用这项技术，展示了一种制造柔性LED显示器的可能性，并且加上麻省理工学院的标识图案。
（图片来源于: MIT） 对此，Kim 说：
再说远点，研究人员计划设计一种可重用的「晶圆之母」，它的不同区域由不同的特异材料组成。他们使用石墨烯作为中间层，希望能够制造出多功能、高性能的器件。他们也在调查混合和匹配各种半导体材料，以一种多材料的结构，将它们叠加在一起。 所以，Kim 说：
参考资料 【1】http://news.mit.edu/2017/graphene-copy-machine-cheaper-semiconductor-wafers-0419 【2】Remote epitaxy through graphene enables two-dimensional material-based layer transfer, Nature (2017). nature.com/articles/doi:10.1038/nature22053 需要进一步探讨交流的朋友，请直接联系微信：JohnZh1984，或者微信关注公众号：IntelligentThings。 |
| 本文出处： http://www.toutiao.com/a6411105364889403649/ |
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