科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

美國(guó)北卡羅來(lái)納州立大學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新的自組裝電子元件技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)能夠創(chuàng)建二極管和晶體管，為未來(lái)自行組裝更復(fù)雜的電子設(shè)備鋪平了道路，而這一切都不依賴(lài)于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)芯片制造工藝。該研究發(fā)表在最新一期《材料視野》雜志上。

因?yàn)樯婕岸鄠€(gè)步驟和技術(shù)，當(dāng)前的芯片制造過(guò)程復(fù)雜且成本高昂。然而，新的自組裝方法提供了一個(gè)更快、更經(jīng)濟(jì)的選擇。它不僅簡(jiǎn)化了制造流程，還允許調(diào)整半導(dǎo)體材料的帶隙，使其對(duì)光敏感，從而可用于生產(chǎn)光電器件。

這種新穎的自組裝技術(shù)稱(chēng)為定向金屬配體（D-Met）反應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)使用了一種特殊的菲爾德液態(tài)金屬——由銦、鉍和錫構(gòu)成的合金顆粒。這些顆粒被放進(jìn)模具后，他們將一種含有特定分子（稱(chēng)為配體，主要由碳和氧組成）的溶液倒入液態(tài)金屬上。隨著溶液流過(guò)液態(tài)金屬顆粒并進(jìn)入模具，這些配體會(huì)從液態(tài)金屬表面捕獲離子，并按照特定的幾何圖案排列這些離子。

隨著溶液流入，離子開(kāi)始形成更為復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。溶液通過(guò)逐漸蒸發(fā)，幫助這些結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合并形成預(yù)期大小。團(tuán)隊(duì)再移除模具，對(duì)其加熱，以釋放出碳和氧原子。接下來(lái)，金屬離子與氧發(fā)生反應(yīng)形成半導(dǎo)體金屬氧化物，碳原子則形成了石墨烯薄片。最終，這些成分自發(fā)地組織成了一個(gè)有序的結(jié)構(gòu)：半導(dǎo)體金屬氧化物被石墨烯薄片包裹著。

利用這一技術(shù)，團(tuán)隊(duì)成功制造出了納米級(jí)和微米級(jí)的晶體管和二極管。因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中用到了鉍元素，所以他們還能制造出光響應(yīng)結(jié)構(gòu)，可通過(guò)光來(lái)調(diào)控半導(dǎo)體特性。

D-Met技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可以大規(guī)模生產(chǎn)這些材料，還可精確控制半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成。這項(xiàng)技術(shù)有望革新電子器件的制造方式，開(kāi)啟一個(gè)更高效、更具靈活性的制造業(yè)未來(lái)。

總編輯圈點(diǎn)

該研究最引人注目之處是其靈活性和可擴(kuò)展性。通過(guò)調(diào)整溶液成分、模具設(shè)計(jì)及蒸發(fā)速率，科學(xué)家能精確控制最終產(chǎn)品的特性。這預(yù)示著，未來(lái)人們能根據(jù)具體需求，定制化生產(chǎn)高性能電子組件。這很可能是電子工程領(lǐng)域的一個(gè)重要里程碑，因?yàn)槠洳粌H推動(dòng)了基礎(chǔ)科學(xué)研究的進(jìn)步，也為工業(yè)應(yīng)用帶來(lái)全新視角和技術(shù)路徑，進(jìn)而改變生產(chǎn)和使用電子設(shè)備的方式。