電子元件輕鬆實現自組裝

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科技日報北京12月5日電 （記者張夢然）美國北卡羅來納州立大學團隊開發了一種創新的自組裝電子元件技術。這項技術能夠創建二極管和晶體管，為未來自行組裝更復雜的電子設備鋪平了道路，而這一切都不依賴於傳統的計算機芯片製造工藝。該研究發表在最新一期《材料視野》雜誌上。

因為涉及多個步驟和技術，當前的芯片製造過程複雜且成本高昂。然而，新的自組裝方法提供了一個更快、更經濟的選擇。它不僅簡化了製造流程，還允許調整半導體材料的帶隙，使其對光敏感，從而可用於生產光電器件。

這種新穎的自組裝技術稱為定向金屬配體（D-Met）反應。在實驗中，團隊使用了一種特殊的菲爾德液態金屬——由銦、鉍和錫構成的合金顆粒。這些顆粒被放進模具後，他們將一種含有特定分子（稱為配體，主要由碳和氧組成）的溶液倒在液態金屬上。隨着溶液流過液態金屬顆粒並進入模具，這些配體會從液態金屬表面捕獲離子，並按照特定的幾何圖案排列這些離子。

隨着溶液流入，離子開始形成更為複雜的三維結構。溶液通過逐漸蒸發，幫助這些結構緊密結合並形成預期大小。團隊再移除模具，對其加熱，以釋放出碳和氧原子。接下來，金屬離子與氧發生反應形成半導體金屬氧化物，碳原子則形成了石墨烯薄片。最終，這些成分自發地組織成了一個有序的結構：半導體金屬氧化物被石墨烯薄片包裹着。

利用這一技術，團隊成功製造出了納米級和微米級的晶體管和二極管。因為在實驗中用到了鉍元素，所以他們還能製造出光響應結構，可通過光來調控半導體特性。

D-Met技術的優勢在於可以大規模生產這些材料，還可精確控制半導體結構的形成。這項技術有望革新電子器件的製造方式，開啓一個更高效、更具靈活性的製造業未來。

該研究最引人注目之處是其靈活性和可擴展性。通過調整溶液成分、模具設計及蒸發速率，科學家能精確控制最終產品的特性。這預示着，未來人們能根據具體需求，定製化生產高性能電子組件。這很可能是電子工程領域的一個重要里程碑，因為其不僅推動了基礎科學研究的進步，也為工業應用帶來全新視角和技術路徑，進而改變生產和使用電子設備的方式。