Ilustración esquemática de la impresión asistida por sellos de materiales 2D a escala de obleas. Crédito: Nature Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41928-025-01408-z
Los semiconductores bidimensionales (2D), los materiales que pueden realizar electricidad y tienen solo unos pocos átomos de espesor, son alternativas prometedoras a los semiconductores convencionales a base de silicio que se utilizan actualmente para fabricar muchos productos electrónicos. A pesar de su promesa, estos materiales aún no se han desplegado a gran escala.
Una razón para esto es que sintetizarlos de manera confiable y modelarlos para producir obleas (es decir, sustratos circulares empleados en la fabricación de electrónica) ha demostrado ser desafiante. De hecho, muchas técnicas de patrón existentes se basan en procesos químicos o máscaras de polímero, las cuales pueden dejar residuos no deseados en una oblea o dañar la superficie de los semiconductores 2D.
Los investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang desarrollaron recientemente una nueva estrategia para modelar películas 2D en matrices de escala de obleas de alta calidad, sin dañarlas o introducir residuos indeseables. Su método propuesto, descrito en un papel Publicado en Nature Electronics, implica el uso de un sello de metal que produce patrones tridimensionales (3D), que se pueden presionar sobre materiales 2D para producir una oblea con los patrones deseados.
“Los semiconductores 2D tienen el potencial de reemplazar el silicio en dispositivos electrónicos de próxima generación”, escribió Zhiwei Li, Xiao Liu y sus colegas en su artículo. “Sin embargo, a pesar de los avances en las demostraciones de dispositivos de prueba de concepto y la síntesis de cristal a escala de obleas, la falta de una tecnología de patrones sin residuos compatibles ha obstaculizado la industrialización. Describimos un método de impresión de estampas de metal para modelar películas 2D en matrices de escala de obleas de alta calidad sin introducir residuos químicos o de polímeros”.
El proceso de impresión de materiales 2D. Crédito: Nature Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41928-025-01408-z
La estrategia recientemente diseñada del equipo para producir matrices a escala de obleas basadas en semiconductores 2D implica esencialmente presionar un sello de metal con una morfología con diseñamiento con precisión en una película de semiconductores 2D que anteriormente se cultivó en un sustrato subyacente. Cuando se elimina el sello, las partes específicas de la película 2D se ‘despegan’ del sello, mientras que el resto de la película permanece intacta, formando un patrón deseado.
“Se utiliza un sello de metal con una morfología tridimensional para formar un contacto local en la interfaz sello-2d”, escribió Li, Liu y sus colegas. “El proceso exfolia selectivamente parte del material 2D mientras deja matrices 2D en el sustrato de crecimiento. Las caracterizaciones de microscopía y espectroscopía confirmaron la superficie limpia y la estructura cristalina no dañada”.
Para evaluar el potencial de su método de impresión basado en sellos de metal propuesto, Li, Liu y sus colegas lo usaron para crear transistores (es decir, dispositivos que controlan el flujo de corriente eléctrica en la electrónica) según el disulfuro de molibdeno de material 2D (MOS₂). Descubrieron que su enfoque era efectivo y no dejaba ningún residuo no deseado en las obleas resultantes, al tiempo que era altamente compatible con los procesos existentes empleados para fabricar semiconductores.
“Un análisis estadístico de 100 transistores de MOS2 activados con retroceso y 500 circuitos lógicos activados superiores encontró una variación de 20 veces más baja del voltaje umbral en comparación con un proceso de patrón basado en el e iones reactivos”, escribió Li, Liu y sus colegas. “El rendimiento del dispositivo en una oblea de 2 pulgadas fue del 97.6%”.
El nuevo enfoque de impresión ideado por este equipo de investigadores pronto podría refinarse aún más y utilizar para fabricar una amplia gama de productos electrónicos de alto rendimiento basados en semiconductores 2D. Al mismo tiempo, otros ingenieros electrónicos podrían inspirarse en este enfoque y idear estrategias prometedoras similares para la fabricación de dispositivos confiables basados en semiconductores 2D, que podrían contribuir colectivamente al reemplazo futuro de los semiconductores de silicio existentes.
Escrito para usted por nuestro autor Ingrid Fadellieditado por Gaby Clarky verificado y revisado por Robert Egan—Este artículo es el resultado de un trabajo humano cuidadoso. Confiamos en lectores como usted para mantener vivo el periodismo científico independiente. Si este informe le importa, considere un donación (especialmente mensual). Obtendrá una cuenta sin anuncios como agradecimiento.
Más información: Zhiwei Li et al, Impresión directa a escala de obleas sin residuos de materiales bidimensionales, Nature Electronics (2025). Dos: 10.1038/s41928-025-01408-z
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Cita: la nueva estrategia puede modelar directamente los materiales 2D en matrices de escala de obleas de alta calidad (2025, 31 de julio) recuperada el 31 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-strategy-pattern-2d-materials-high.html
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