El Laboratorio Nacional de Física (NPL) ha colaborado con la Universidad de Tecnología de Chalmers y la Universidad de Linköping en Suecia para ayudar a desarrollar una herramienta rápida y económica para el control de calidad del grafeno cultivado en carburo de silicio.

El grafeno se fabricó originalmente mediante un método llamado 'exfoliación' que consiste en separar el grafito, por ejemplo con cinta adhesiva, hasta que quede una capa de carbono de un átomo de espesor. Si bien esto produce grafeno de alta calidad, el método no es adecuado para aplicaciones comerciales y de producción en masa.

Un método alternativo es cultivar grafeno epitaxialmente (en capas) a partir de un cristal de carburo de silicio a alta temperatura. NPL y sus colaboradores utilizaron recientemente el grafeno cultivado de esta manera para desarrollar un estándar de resistencia de Hall cuántico superior. Sin embargo, aumentar la producción de grafeno a los niveles y la perfección requeridos por la industria electrónica, Se requieren herramientas de medición rápidas y económicas para el control de calidad.

La nueva técnica de control de calidad, publicado en Nano letras , se basa en microscopía óptica y se puede utilizar para comprender el efecto del sustrato de carburo de silicio sobre la calidad de la capa de grafeno. Anteriormente se pensaba que el contraste del grafeno sobre el carburo de silicio era demasiado bajo para ser observado directamente con un microscopio óptico. Pero, analizando imágenes ópticas y comparándolas con mediciones eléctricas, la técnica fue capaz de identificar capas individuales de grafeno de solo 0,3 nanómetros de espesor.

En una demostración práctica, los investigadores construyeron dispositivos de grafeno en partes específicas del carburo de silicio, que localizaron mediante la técnica de microscopía óptica. Además de identificar capas individuales de grafeno, pudieron visualizar características tales como terrazas escalonadas en el sustrato de carburo de silicio y áreas de grafeno multicapa. Luego probaron las características eléctricas de los dispositivos construidos en cada área. Los resultados confirmaron la capacidad del microscopio óptico para detectar áreas de diferente topografía y cobertura de capas del grafeno.

Esta investigación demuestra cómo la microscopía óptica puede detectar defectos durante el crecimiento de grafeno sobre carburo de silicio. Los resultados obtenidos son comparables a otras técnicas más desarrolladas, pero son más rápidos de obtener y no invasivos. Esto hace que la técnica de microscopía óptica sea un candidato principal para el control de calidad industrial.

La contribución de NPL al proyecto fue cuantificar las imágenes ópticas y validar los datos de microscopía óptica utilizando técnicas bien establecidas, como la microscopía de sonda Kelvin de barrido. Este trabajo fue apoyado por el proyecto ConceptGraphene del Séptimo Programa Marco de la UE (7PM) y el proyecto de grafeno IRD de la Oficina Nacional de Medición del Reino Unido.

NPL se unió recientemente a la Graphene Stakeholders Association para promover el desarrollo responsable de grafeno y tecnologías habilitadas por grafeno.

Más sobre el trabajo de NPL sobre el grafeno.