En la última década, el grafeno se ha estudiado intensamente por sus propiedades ópticas, mecánicas, eléctricas y estructurales únicas. Las láminas de carbono de un átomo de espesor podrían revolucionar la forma en que se fabrican los dispositivos electrónicos y conducir a transistores más rápidos, células solares más baratas,nuevos tipos de sensores y dispositivos sensoriales bioeléctricos más eficientes. Como posible electrodo de contacto y material de interconexión, el grafeno a escala de oblea podría ser un componente esencial en los circuitos microelectrónicos, pero la mayoría de los métodos de fabricación de grafeno no son compatibles con la microelectrónica de silicio, lo que bloquea el salto del grafenomaterial de maravilla potencial para real lucrativo.
Ahora los investigadores de la Universidad de Corea, en Seúl, han desarrollado un método fácil y compatible con microelectrónica para cultivar grafeno y han sintetizado con éxito grafeno multicapa de alta calidad a escala de oblea cuatro pulgadas de diámetro sobre sustratos de silicio.El método se basa en una técnica de implantación de iones, un proceso en el que los iones se aceleran bajo un campo eléctrico y se estrellan contra un semiconductor. Los iones impactantes cambian las propiedades físicas, químicas o eléctricas del semiconductor.
En un artículo publicado esta semana en la revista letras de física aplicada , de AIP Publishing, los investigadores describen su trabajo, que lleva al grafeno un paso más cerca de las aplicaciones comerciales en microelectrónica de silicio.
"Para integrar el grafeno en la microelectrónica de silicio avanzada, el grafeno de gran área libre de arrugas, rasgaduras y residuos debe depositarse en obleas de silicio a bajas temperaturas, lo que no se puede lograr con las técnicas convencionales de síntesis de grafeno, ya que a menudo requieren altas temperaturas", dijoJihyun Kim, líder del equipo y profesor en el Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la Universidad de Corea, "nuestro trabajo muestra que la técnica de implantación de iones de carbono tiene un gran potencial para la síntesis directa de grafeno a escala de oblea para tecnologías de circuito integrado".
Descubierto hace poco más de una década, el grafeno ahora se considera el material más delgado, liviano y resistente del mundo. El grafeno es completamente flexible y transparente a la vez que es económico y no tóxico, y puede conducir electricidad y cobre, transportando electronescasi sin resistencia incluso a temperatura ambiente, una propiedad conocida como transporte balístico. Las propiedades ópticas, mecánicas y eléctricas únicas de Graphene han llevado a que la forma de carbono de un átomo de espesor sea anunciada como el material de próxima generación para un material más rápido, más pequeño, más barato ymenos electrónica que consume mucha energía.
"En la microelectrónica de silicio, el grafeno es un electrodo de contacto potencial y un material de interconexión que une los dispositivos semiconductores para formar los circuitos eléctricos deseados", dijo Kim. "Esto hace que la alta temperatura de procesamiento sea indeseable, como daños inducidos por la temperatura, deformaciones, puntas de metal ypuede ocurrir difusión involuntaria de dopantes "
Por lo tanto, aunque el método convencional de fabricación de grafeno de deposición química de vapor se usa ampliamente para la síntesis de grafeno de gran área en películas de cobre y níquel, el método no es adecuado para la microelectrónica de silicio, ya que la deposición química de vapor requeriría una alta temperatura de crecimientopor encima de 1,000 grados centígrados y un proceso de transferencia posterior del grafeno de la película metálica al silicio.
"El grafeno transferido en el sustrato objetivo a menudo contiene grietas, arrugas y contaminantes", dijo Kim. "Por lo tanto, estamos motivados para desarrollar un método sin transferencia para sintetizar directamente el grafeno multicapa de alta calidad en microelectrónica de silicio".
El método de Kim se basa en la implantación de iones, una técnica compatible con microelectrónica que normalmente se usa para introducir impurezas en los semiconductores. En el proceso, los iones de carbono se aceleraron bajo un campo eléctrico y se bombardearon sobre una superficie en capas de níquel, dióxido de silicio y silicio en eltemperatura de 500 grados centígrados. La capa de níquel, con alta solubilidad en carbono, se utiliza como catalizador para la síntesis de grafeno. El proceso es seguido por un recocido de activación a alta temperatura aproximadamente 600 a 900 grados centígrados para formar una red de panal de átomos de carbono, una estructura microscópica típica de grafeno.
Kim explicó que la temperatura de recocido de activación podría reducirse realizando la implantación de iones a una temperatura elevada. Kim y sus colegas estudiaron sistemáticamente los efectos de las condiciones de recocido en la síntesis de grafeno multicapa de alta calidad variando elpresión ambiente, gas ambiente, temperatura y tiempo durante el tratamiento.
Según Kim, la técnica de implantación de iones también ofrece un control más fino sobre la estructura final del producto que otros métodos de fabricación, ya que el espesor de la capa de grafeno se puede determinar con precisión controlando la dosis de implantación de iones de carbono.
"Nuestro método de síntesis es controlable y escalable, lo que nos permite obtener grafeno tan grande como el tamaño de la oblea de silicio [más de 300 milímetros de diámetro]", dijo Kim.
El siguiente paso de los investigadores es reducir aún más la temperatura en el proceso de síntesis y controlar el grosor del grafeno para la producción industrial.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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