等離子清洗機(jī)制造商正在將石墨烯應(yīng)用于集成電路。
毫不夸張地說(shuō)，石墨烯是21世紀(jì)的明星材料。 2004年，二維石墨烯的發(fā)現(xiàn)震驚了整個(gè)物理學(xué)界，顛覆了“熱力學(xué)漲落不允許二維晶體在有限溫度下自由存在”的認(rèn)知。它的發(fā)現(xiàn)者，曼徹斯特大學(xué)物理與天文學(xué)的海姆和諾沃肖洛夫也被提名為 2008 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，并獲得了 2010 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。與硅相比，石墨烯在集成電路中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
基于硅的微型計(jì)算機(jī)處理器在室溫下每秒只能執(zhí)行一定數(shù)量的操作，但電子通過(guò)石墨烯時(shí)電阻很小，產(chǎn)生的熱量也很少。此外，石墨烯本身是一種極好的熱導(dǎo)體，散熱非?？臁Ｓ捎谄鋬?yōu)異的性能，石墨烯可用于制造電子產(chǎn)品，顯著提高其運(yùn)行速度。速度只是石墨烯的好處之一。硅不能分成小于 10 nm 的小塊。否則，您將失去有吸引力的電子特性。與硅相比，石墨烯的基本物理特性在分裂時(shí)不會(huì)發(fā)生變化，電子特性會(huì)變得異常。因此，即使硅不能進(jìn)一步劃分，比硅更小的石墨烯仍能繼續(xù)保持摩爾定律，極有可能取代硅，促進(jìn)微電子技術(shù)的發(fā)展。因此，石墨烯獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)也引起了物理、化學(xué)和材料領(lǐng)域的科學(xué)家們的極大興趣。

真空等離子清洗機(jī)的制造商正在引入氧和氫等離子體來(lái)蝕刻石墨烯。
氧等離子體和氫等離子體都可用于蝕刻石墨烯。兩種石墨烯氣體等離子刻蝕的基本原理是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)沿石墨烯的晶面進(jìn)行刻蝕。不同的是，氧等離子體攻擊碳碳鍵后形成一氧化碳、二氧化碳等揮發(fā)性氣體，而氫等離子體則形成甲烷氣體并與之形成碳?xì)滏I。 2010年，中國(guó)科學(xué)院物理研究所張光宇發(fā)表了以氫氣為主要?dú)怏w蝕刻單層和雙層石墨烯的文章。論文指出，射頻頻率的功率是一個(gè)重要參數(shù)，如果太大，很容易在石墨烯上刻蝕出深槽，形成大量缺陷。更強(qiáng)的等離子蝕刻導(dǎo)致更寬的溝槽和更深的孔。
如果氫等離子體功率過(guò)高或過(guò)長(zhǎng)，石墨烯表面的斷裂鍵會(huì)進(jìn)一步受到攻擊并繼續(xù)變寬，形成深峽谷，同時(shí)攻擊其他部分，石墨烯是深六邊形，形成氣孔。在任何一種情況下，在某些處理過(guò)程中都應(yīng)避免出現(xiàn)某些情況。除了精確控制射頻功率和蝕刻時(shí)間等條件外，還必須注意保護(hù)蝕刻過(guò)程中不需要蝕刻的區(qū)域。這是一個(gè)更困難的問(wèn)題，因?yàn)槭┚哂懈叻磻?yīng)性并且非常容易受到損壞。幸運(yùn)的是，許多等離子蝕刻設(shè)備制造商已經(jīng)意識(shí)到在蝕刻過(guò)程中需要保護(hù)未蝕刻區(qū)域或特定功能層。許多制造商正在推出或試圖推出此類(lèi)型號(hào)，以適應(yīng) 14 納米以下的蝕刻節(jié)點(diǎn)。
與目前主流的蝕刻工藝一樣，蝕刻溫度也是一個(gè)重要參數(shù)。有趣的是，石墨的蝕刻速率并不隨溫度線性變化，而是在450°左右有一個(gè)峰值。更有趣的是不同厚度石墨烯的不同刻蝕率，以及不同溫度下單層或雙層石墨烯的不同刻蝕率。可以看出，單層的石墨烯蝕刻速率遠(yuǎn)快于雙層的石墨烯蝕刻速率。這意味著層數(shù)的減少意味著暴露面積的增加，這意味著更多的碳-碳鍵被暴露出來(lái)，而兩層或多層石墨烯烴總是重疊的，上層中的碳-碳鍵斷裂后暴露的下層可能不會(huì)具有相同的晶體取向，使得蝕刻困難并導(dǎo)致蝕刻速率顯著不同。
經(jīng)過(guò)多次嘗試和工藝優(yōu)化，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了8nm、12nm和22nm等各種寬度的石墨烯納米級(jí)線材，并將其整合到器件中。電氣特性不好，但電流開(kāi)關(guān)比只有102，即閾值電壓。飽和電流都不能滿足芯片級(jí)的要求，但是上面提到的處理方法和刻蝕研究的細(xì)節(jié)還是值得考慮的。具體而言，氧等離子體用于刻蝕形成120nm石墨烯線，然后氫等離子體用于刻蝕以形成更細(xì)的線。一方面，石墨烯對(duì)氧氣的刻蝕可以在常溫下進(jìn)行，成本很低，速度相當(dāng)高，精度從幾納米到幾十納米，刻蝕率不高。一定是太快了。這將使氫等離子體得到更廣泛的應(yīng)用。
以上是金徠真空等離子清洗機(jī)廠家對(duì)氧氫等離子刻蝕石墨烯的介紹。