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12 Elektronik 06 2021 impulse Sensoren oder Komponenten aufbaut« erklärt Arne Quellmalz Forscher am KTH und Hauptautor der Arbeit »Vielleicht möchte man einen Graphen-Fotodetektor für die optische On-Chip-Kommunikation mit einer Auswerteelektronik aus Silizium kombinieren Aber die Temperaturen für das Wachstum dieser Materialien sind zu hoch sodass dies nicht direkt auf dem Bauteilsubstrat erfolgen kann « 2D-Materialien mit dem Wafer verkleben Bislang sind die meisten experimentellen Verfahren zum Transfer von 2D-Materialien von ihrem Wachstumssubstrat auf die gewünschte Elektronik entweder nicht geeignet für die Großserienfertigung oder sie verschlechtern das 2D-Material und seine elektronischen Eigenschaften signifikant Das Besondere an der von Quellmalz und seinen Kollegen vorgeschlagenen Lösung ist dass sie zum existierenden Werkzeugsatz der Halbleiterfertigung passt Es wird ein Standard-Dielektrikum namens Bisbenzocyclobuten BCB zusammen mit konventionellen Wafer-Bonding-Anlagen verwendet »Im Grunde verkleben wir die beiden Wafer mit einem Harz aus BCB« erklärt Quellmalz »Wir erwärmen das Harz bis es zähflüssig wird wie Honig und pressen das 2D-Material darauf « Bei Raumtemperatur verfestige sich das Harz und verbindet das 2D-Material dauerhaft mit dem Wafer erläutert er »Um weitere Schichten aufzubringen wiederholen wir die Schritte des Erhitzens und Pressens Das Harz wird wieder zähflüssig und verhält sich wie ein Kissen oder ein Wasserbett das den Schichtaufbau stützt und sich an die Oberfläche des neuen 2D-Materials anpasst « Die Forscher konnten Graphen und Molybdändisulfid MoS2 als Vertreter der Übergangsmetall-Dichalcogenide transferieren und Graphen mit hexagonalem Bornitrid hBN und MoS2 zu Heterostrukturen stapeln Alle transferierten Schichten und Heterostrukturen waren von hoher Qualität heißt es bedeckten also bis zu 100 mm große Silizium-Wafer gleichmäßig und die transferierten 2DMaterialien waren kaum verspannt »Unsere Transfermethode lässt sich im Prinzip auf jedes 2D-Material anwenden unabhängig von der Größe und der Art des Wachstumssubstrats« betont So sieht der Prozess aus mit dem 2D-Materialien auf Wafer mithilfe von Standardprozessen aus der Halbleiterfertigung transferiert werden können Prof Max Lemme von der AMO und der RWTH Aachen »Und da es nur auf Werkzeuge und Methoden zurückgreift die in der Halbleiterindustrie bereits üblich sind könnte es die Markteinführung einer neuen Generation von Bauelementen bei denen 2D-Materialien auf herkömmlichen integrierten Schaltkreisen oder Mikrosystemen integriert werden erheblich beschleunigen « »Diese Forschungsarbeit ist ein wichtiger Schritt in Richtung dieses Ziels und obwohl noch viele weitere Herausforderungen zu bewältigen sind ist die Bandbreite möglicher Anwendungen groß von der Photonik über die Sensorik bis hin zum neuromorphen Computing Die Integration von 2D-Materialien könnte für die europäische High-Tech-Industrie ein echter Game-Changer sein« so Lemme abschließend RH Literatur Quellmalz A Wang X Sawallich Set al Largearea integration of twodimensional materials and their heterostructures by wafer bonding Nat Commun 12 917 2021 https doi org 10 1038 s41467-021-21136-0 Bild Nature Communications