デバイスの機能は、ナノ材料を変更するだけで、プロセスに影響を与えることなく変更できます。
量子ドット（赤）、 カーボンナノチューブ （グレー）、 二硫化モリブデンナノシート（グレーホワイト）はそれぞれ、クラス0D、1D、および2Dナノマテリアルの代表例であり、補助電場を使用したグラフェンに基づく配置方法を使用して大規模に組み立てることができます。
4年前、IBMは、広大な7nm and Beyondプロジェクト[7nm and Beyond]の一環として、今後5年間で30億ドルをナノエレクトロニクスの将来に投資する計画を発表しました。 少なくとも大手半導体メーカーの1つであるGlobalFoundriesは7nmプロセスの壁に突き当たり、IBMはグラフェンを使用して化学汚染なしで特定の場所にナノ材料を配置することを目指しています。
Nature Communications誌に掲載された研究では、IBMの科学者がグラフェンを最初に電化して、ナノ材料を97％の精度で特定する方法を説明しました。
IBM Researchのブラジル部門マネージャーであるMatias Steiner氏は 、次のように述べています。「この方法は、さまざまなナノ材料で機能するため、ナノ材料の固有の物理的特性に基づく機能を備えた統合デバイスを想定しています。 「ナノ材料の光学特性によって特定の波長が決定される、チップ上の検出器と発光体も想像できます。」
例として、Steinerは、光電子デバイスのスペクトル特性を変更する必要がある場合、ナノ材料を簡単に置き換えることができ、残りの製造プロセスは変更しないことを説明しました。 この方法をさらに開発し続けると、組立ラインの複数のパスで異なる場所に異なるナノ材料を収集し、異なる周波数ウィンドウで同時に動作する光検出器を作成することが可能になります。
ブラジルのユニットの研究チームのメンバーであるマイケル・インゲルによると、このプロセスは、トップダウンとボトムアップのアプローチを組み合わせたハイブリッドとして説明できます。 数年前、IBMはこれらのハイブリッドプロセスの1つを作成し、リソグラフィなどのトップダウンの製造技術と、自己組織化によって電子機器を成長させるボトムアップの技術を組み合わせました。
インゲルは、ハイブリッドプロセスの最初のステップは、ナノ材料が組み立てられている基板上でグラフェンを直接成長させることであると説明しました。 同社のデモでは、炭化ケイ素にグラフェンを使用しました。 インゲルは、銅などの他の材料上でグラフェンを成長させ、それを剥がしてシリコンまたは酸化シリコンの基板上に配置することも可能であることを指摘しました。
次のステップは、グラフェンをエッチングして位置を決定することです。 これは大規模に行われ、トップダウン技術プロセスの一部と見なすことができます。
3番目のステップでは、ボトムアップテクノロジーを使用します。研究者は、グラフェン層を交番電界に配置し、同時にナノ材料の溶液を上部に配置します。 ナノ材料は浸透し、反対のグラフェン電極の間にあります。
「グラフェンは場所を決定し、電界の方向と、指向性集合のためにナノ材料を捕捉する力を提供します」とインゲルは言いました。
4番目のステップでは、グラフェン電極がエッチングされ、電子機器または光電子デバイスを統合するために追加の製造作業が実行されます。
これに先立ち、最も高度な方法は金属電極の使用でした。金属電極は除去が難しく、デバイスの効率と集積化の可能性を制限していました。 「この研究の最大のブレークスルーは、ミリメートルサイズのはるかに大きなセクションでナノメートルスケールの解像度で、簡単に取り外し可能な電極を備えた幅広いナノ材料のボトムアップ配置であると考えています」とシュタイナーは述べました。 「グラフェン電極は、ナノ材料の優れた配列と密度を提供し、化学物質との相互作用を制限し、金属線を回避するため、優れたデバイス効率を実現します。」
このプロセスでは、 ムーアの法則をすぐに満たすことはできません。 Ingelによると、最大の問題の1つは、工業生産におけるナノマテリアルソリューションの使用です。 「これには、再現性のある一貫した結果を達成するためのナノ材料ソリューションの標準化、および基板製造プロセスで使用する補助電場を用いた方法の適合における進展が必要です」とインゲルは述べました。
IBMはナノマテリアルの標準化の問題を解決しませんが、研究者はさまざまな要件を満たすために電気インバーターやリングジェネレーターなどの集積回路を変更するためにさまざまなナノマテリアルを統合し、技術の研究を続けています。 研究者は、使用するナノ材料によってスペクトル特性が決まる発光体とチップ検出器も開発しています。