电子产品与技术

纳米材料在电子学中的作用

层状材料将推出下一代电子产品,有前途的新的功能和应用

2021年9月22日石墨烯旗舰

20世纪末到21世纪初被称为硅时代,硅对电子工业的影响几乎大得无法量化。但是,硅电子在效率和性能方面已经接近它们的物理极限。石墨烯旗舰研究项目正在研究解决方案——像石墨烯和石墨烯相关材料(GRMS)这样的纳米材料。在这篇文章中,Sanna Arpiainen, 2D实验试验线(2D- epl)的副部门负责人,解释了分层材料将如何揭开新一代电子产品的面纱,具有新的功能和应用前景。

Imec的无尘室,在这里进行基于石墨烯和层状材料的新开发研究。资料来源:IMEC

石墨烯是一种单碳原子厚度的神奇材料,因此可以归类为纳米材料——一种至少有一个外部尺寸小于100nm的材料。尽管纳米材料体积很小,但它为未来的电子技术带来了巨大的潜力,可以制造出更快、更小、更强大的设备。

正是由于它们的物理特性,像石墨烯这样的纳米材料在电子工业中具有如此大的前景。利用其独特的特性,纳米材料可以制造出更小、更轻的电子产品,使用更少的资源来制造,并将电路构造的精度提高到原子水平。纳米材料有潜力扩展我们目前认为的电子学应该做或应该做的边界。

但每一种纳米材料的性能都不同,那么石墨烯呢?

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热性能

石墨烯是已知的最强的材料,较硬比金刚石和比铝轻。最重要的电子应用虽然,石墨烯是令人难以置信的导电-13倍更比铜。它也是机械柔性的,化学稳定的并扩散热。

电子应用包括探测器、调制器、成像仪、传感器和收发器——所有这些都已由石墨烯旗舰的研究机构和合作公司进行了研究。

晶圆生产已经在2D-EPL合作伙伴imec的无尘室进行。资料来源:IMEC

石墨烯也可用于光子和光学电子器件。石墨烯吸收宽范围的光波长 - 从紫外到远红外 - 实现超宽带通信方式以外5G的能力。此外,在光学器件中使用时,石墨烯变换几乎所有的光接收成电信号。这种特性导致消耗更少的功率和更有效地工作的设备。

石墨也将在耐磨,柔性电子的崛起发挥作用。纳米材料的非常薄,强度和弹性使其非常适合于这种装置。

石墨烯旗舰柔性电子工作包(Graphene Flagship Flexible Electronics Work Package)是该旗舰项目的一个研究和创新小组,目前正在研究导电纺织品、用于智能贴片的可伸缩电子产品,以及用于基于纸张的一次性智能产品(如智能包装)的电子产品,所有这些都使用石墨烯和其他分层材料。

石墨烯上市

所以,电子使用纳米材料,石墨烯包括,声音很大的理论,但他们什么时候进入市场?石墨烯旗舰旨在使石墨烯了学术实验室,进入10年内社会。为此,它已经开发了许多成功的技术 - 在90种产品和15分拆公司自旗舰的2013年以来出现的,而且每年这些数字增长。

整合石墨烯及相关材料到硅片可以彻底改变电子行业。资料来源:IMEC

然而,为了进入市场,许多电子应用依赖于商业层面上石墨烯的晶圆级集成。在未来五年内,不依赖晶圆级集成的产品,如柔性传感器和智能封装,预计将出现在市场上。对于那些这样做的公司,预计最早将在2025年进行试生产。为了加快这一过程,已经创建了2D实验性试验线(EPL)。

未来的铸造厂

在2021年开始,欧盟委员会推出了2D-EPL,一个新的2000万€合作项目,开拓新的电子,光子器件和集成石墨烯和多层材料的传感器的制造。在2D-EPL是石墨烯晶圆代工,或工厂,这对公司,研究中心和学术界人士提供全面的原型服务,使他们能够开发和测试基于二维材料上的创新技术。

在2D-EPL的最终目标是工业化生产创新石墨烯和层状材料为基础的装置,其集成了传统的半导体。除了提供在低和中等容量处理服务,提高了部件的制造和集成,2D-EPL开发自动化高容量的工具和定制与半导体行业标准兼容工艺化学品。这将是世界上第一石墨烯晶圆代工这样做。在2D-EPL将继续在欧洲技术创新的最前沿,同时帮助创建下一代电子和半导体。

虽然硅塑造二十一世纪电子行业 - 而事实上更广泛的社会太 - 到目前为止,它与石墨烯和其它分层或纳米材料结合将更进一步推动电子设备的能力。缺乏基础设施取得了大规模集成硅层状材料是一个挑战。但是,由于2D-EPL这种情况将会改变,商业化石墨烯和多层材料为基础的电子技术。

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有关纳米材料石墨烯在电子学或2D-EPL中的作用的更多信息,请访问www.graphene-flagship.eu

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