研究人员发现降低GaAs电路成本的新方法

MIT研究人员发现一种用于大规模生产昂贵电路的新型「复制/贴上」方法，在制造上覆石墨稀的「供体」晶圆后，采用「沉积－剥离」的方式，降低电路与下层晶圆的成本。

美国麻省理工学院(MIT)的研究人员最近发明了一种用于大规模生产昂贵电路的新型「复制/贴上」(copy/paste)方法。 这项技术是在制造上覆石墨稀的「供体」(donor)晶圆后，采用「沉积－剥离」(复制/贴上)的方式，从而降低电路与下层晶圆的成本。

该技术能有助于制造商以较简单且低成本的方式，结合硅(Si)以及诸如用于晶体管管信道的砷化镓(GaAs)等昂贵材料。

麻省理工学院教授Jeehwan Kim表示，「我们利用了石墨烯的强度及其润滑的特质，而非其电气性能，因而可制造昂贵材料的极薄电路，从而大幅降低使用特殊材料的总成本。 」

例如，目前，英特尔(Intel)、IBM等许多制造商正致力于硅晶圆上生长GaAs晶体管信道，但由于硅与GaAs之间的晶格无法匹配，终究无法达到高质量的结果。 然而，据Kim表示，采用远程外延的方式，能够分别从石墨烯顶部供体晶圆剥离的GaAs薄层上制造这些GaAs信道，并接合于硅晶圆上，而不至于造成任何晶格不匹配的问题。

研究人员利用仅沉积单原子层厚的石墨烯单层方式，形成了供体晶圆。 由于石墨烯接合至供体晶圆顶部且「可滑动」，因而可在此堆栈顶部制造昂贵的材料薄层，而又不至于黏在该供体晶圆上。 Kim的研究团队再从供体晶圆上简单地剥离昂贵的顶部半导体层，然后移植到低廉的基板(例如硅基板)上。 这种低成本的基板甚至可用芯片中的源极与汲极制图，然后进行蚀刻而将GaAs信道添加到其他的CMOS电路。 由于不存在晶格不匹配的问题，所取得具有GaAs信道的硅晶晶体管将超越今所用的任何硅信道晶体管。

研究人员在石墨烯上生长发光二极管(LED)，剥离后再放置于另一基板上 （来源：MIT）

由于石墨烯比钢强600倍，而且能与下方供体晶圆紧密地接合，使得这一过程得以不断地重复，如同用于大规模生产橡胶车轮的钢模具，有助于石墨烯大量生产结合特殊材料的CMOS晶圆。 这些特殊材料本身还可用于LED、太阳能电池、高功率晶体管或其他组件。 研究团队宣称，单供体晶圆采用这种「复制-贴上」的方式目前还没有次数的限制。

该研究团队已经实验证实了采用特殊材料降低成本的可行性，包括GaAs、磷化铟(InP)和磷化镓(GaP)等特殊材料，他们还将特殊材料的主动层移植到低成本的软性基板上，成功地制造出LED。

从硅晶圆上剥离镍薄膜，展现使用2D材料转换晶圆制程的概念 （来源：Jose-Luis Olivares / MIT）

接下来，研究人员计划尝试用于服装和其他穿戴式材料上的技术，并试图堆栈多层以创造更复杂的组件。

编译：Susan Hong

(参考原文：New Method Cuts Cost of GaAs Circuits，by R. Colin Johnson)