研究人员以低成本生产砷化镓半导体薄膜

随着麻省理工学院 (MIT) 的研究人员开始使用更便宜的石墨烯生产工艺处理光伏设备,有望使用砷化镓生产出更快的柔性电子器件和更高效的太阳能电池。

砷化镓是比硅更好的材料,电子穿过砷化镓的速度比穿过硅快五倍,而且砷化镓对环境温度的敏感性比硅低。但是芯片和太阳能电池都采用硅制造,这是因为硅元素的存量丰富,且采用硅制造电子器件和太阳能光电板的工艺比采用砷化镓的工艺成本低。由于 MIT 研究人员找到方法利用石墨烯将太阳能电池或微芯片设计实质上影印到砷化镓上,这些情况现在可能都发生了改变。

MIT 机械工程学院博士后研究员 Sang-Hoon Bae 称:“我们可以将这种技术应用于砷化镓或氮化镓等材料。、我们正在研究太阳能电池。砷化镓是一种很好的太阳能电池备选材料。按照我们的方法,我们可以复制并粘贴砷化镓独立薄膜,因而我们预计制造成本会下降。”

麻省理工学院研究人员设计出了一种方法来通过二维材料让单晶化合物半导体在其基质上生长。之后,这种化合物半导体薄膜会通过柔性基质剥落,显露出薄膜干涉带来的彩虹色。

影印式生产工艺涉及砷化镓圆片和其上所涂的一层石墨烯。将镓和砷倾倒到砷化镓圆片上覆盖的石墨烯上。然后镓原子和砷原子会自行排列,形成下面的砷化镓圆片的副本。这个复制层可能达到数十或数百纳米厚,可以在之后从石墨烯上剥离,形成圆片的薄膜复制品。该技术称为远程外延。外延是表示晶体生长的名称。

该技术允许使用一个圆片快速生产砷化镓薄膜,这是一种成本非常低地制造方法。Bae 表示:“不仅仅是砷化镓和氮化镓,这是一种通用方法,我们可以用于其他材料。”氟化锂是另一种正在经受此工艺检验的材料。因为该工艺生产的薄膜可以用于制造适合的多功能设备,如 Bae 的团队正在研究的柔性太阳能电池和可穿戴传感器等。研究人员甚至提议用该工艺制造可贴到皮肤上的手机。

研究人员认为,这个工艺类似两个磁铁在一张纸的两面互相影响。镓带负电荷,砷带正电荷。这种区别意味着它们的原子会穿过石墨烯互相影响,随后同时自行排列,成为圆片的砷化镓晶体结构的复制品。

Bae 的团队与中山大学、弗吉尼亚大学、德克萨斯大学达拉斯分校、美国海军研究实验室、俄亥俄州立大学以及乔治亚理工学院的研究人员合作研究。研究得到了美国国防高等研究计划署、美国能源部、美国空军研究实验室、LG、Amore Pacific 、LAM Research 和 ADI等方面的支持。

Larry

作者:
Larry Feng

作者简介:

自1995年起,Larry在摩托罗拉半导体(后为飞思卡尔半导体)、亚德诺半导体(ADI)和易络盟电子(Element14)负责亚太区市场推广和在线销售。在为集成电路企业工作过的20多年间,撰写了大量的各类集成电路产品介绍和技术文章、行业分析等,为集成电路企业树立了良好的企业形象和品牌。

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