Wafer-scale 2D material integration for displays&computation
- Reference number
- IS24-0094
- Project leader
- Niklaus, Frank
- Start and end dates
- 241101-271231
- Amount granted
- 4 900 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The unique properties of two-dimensional (2D) materials are enabling novel electronic device architectures and 3D integrated circuits, which has aroused tremendous interest in academia and the semiconductor industry. However, without a viable integration technology for scalable manufacturing, 2D materials will never be used beyond academic research and not be able to deliver the great potential they hold. Our objectives in this project are to develop scalable 2D material integration technologies using established semiconductor wafer bonding tools that enable wafer-scale integration of high-quality molybdenum disulfide (MoS2) and tungsten disulfide (WS2) layers with pre-processes semiconductor wafers. We will demonstrate the utility of the technology by realizing: (i) Active-matrix micro-LED displays using integration of MoS2 transistors on pre-processed GaN micro-LED arrays, and (ii) Resistive random-access memory (ReRAM) arrays for in-memory computing using integration of MoS2 and WS2 with silicon-based transistors. The core technologies we develop span the entire spectrum of 2D materials: Material synthesis, integration processes, and functional electronics. Successful validation of these foundational technologies will enable next-generation electronics. Thus, our project will enhance competitiveness in industrial sectors, foster and educate interdisciplinary talent, and contribute to global science and technology development towards energy-efficient electronics.
Popular science description
De unika egenskaperna hos tvådimensionella (2D) material som möjliggör nya arkitekturer för elektroniska komponenter och tredimensionella integrerade kretsar har väckt enormt intresse inom akademin och halvledarindustrin. Dock, utan en integreringsteknologi för skalbar tillverkning, kommer 2D-material aldrig att användas utanför akademisk forskning och inte kunna utnyttja det stora potential de innehar. Våra mål i detta projekt är att utveckla skalbara integreringsteknologier för 2D-material med hjälp av etablerade halvledarproduktionsverktyg som möjliggör integrering av högkvalitativa lager av 2D-material halvledarskivor. Vi kommer att visa nyttan med tekniken genom att förverkliga: (i) LED-displayer för användning i augmented reality (AR) och artificiell intelligens (AI) applikationer, och (ii) Resistive random-access memory (ReRAM) för artificiell intelligens (AI) hårdvara. De kärnteknologier vi utvecklar sträcker sig över hela spektrumet av 2D-material: Materialsyntes, integreringsprocesser och funktionella elektronik. Framgångsrik validering av dessa grundläggande teknologier kommer att möjliggöra nästa generations elektronik. Därmed kommer vårt projekt att öka konkurrenskraften inom industriella sektorer, främja och utbilda tvärvetenskaplig talang, och bidra till global vetenskap och teknikutveckling mot energieffektiv elektronik.