Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS), dirigido por el profesor Loh Kian Ping, quien dirige el Departamento de Química de la Facultad de Ciencias de la NUS, ha desarrollado con éxito un método innovador de un solo paso para cultivar y transferir grafeno de alta calidad sobre silicio y otros sustratos rígidos, abriendo oportunidades para que el grafeno se utilice en aplicaciones de alto valor que actualmente no son tecnológicamente viables.

Este avance inspirado en cómo los escarabajos y las ranas arborícolas mantienen sus patas unidas a las hojas sumergidas, es la primera técnica publicada que logra los pasos de crecimiento y transferencia del grafeno en una oblea de silicio. Esta técnica permite la aplicación tecnológica del grafeno en fotónica y electrónica, para dispositivos como moduladores optoelectrónicos, transistores, biosensores en chip y barreras de túnel.

La innovación se publicó por primera vez en línea en una prestigiosa revista científica. Naturaleza el 11 de diciembre de 2013.

Demanda de grafeno en industrias basadas en silicio

El grafeno ha atraído mucha atención en los últimos años debido a su excelente electrónica, propiedades ópticas y mecánicas, así como su uso como películas conductoras transparentes para paneles de pantalla táctil de electrodos. Sin embargo, la producción de películas de grafeno a escala de obleas de alta calidad se enfrenta a muchos desafíos, entre las que se encuentra la ausencia de una técnica para cultivar y transferir grafeno con defectos mínimos para su uso en industrias de semiconductores.

Dijo el profesor Loh, quien también es Investigador Principal del Centro de Investigación de Grafeno en la Facultad de Ciencias de NUS, "Aunque hay muchas aplicaciones potenciales para el grafeno flexible, hay que recordar que a la fecha, la mayoría de los semiconductores funcionan sobre sustratos "rígidos" como el silicio y el cuarzo ".

"El crecimiento directo de la película de grafeno en la oblea de silicio es útil para permitir múltiples aplicaciones optoelectrónicas, pero los esfuerzos de investigación actuales siguen estando basados ​​en la etapa de prueba de concepto. Definitivamente se necesita un método de transferencia que sirva a este segmento de mercado, y se ha descuidado en la exageración de los dispositivos flexibles, ", Agregó el profesor Loh.

Inspirándose en escarabajos y ranas arborícolas

Para abordar la brecha tecnológica actual, el equipo de NUS dirigido por el profesor Loh se inspiró en cómo los escarabajos y las ranas arborícolas mantienen sus patas unidas a las hojas completamente sumergidas, y desarrolló un nuevo proceso llamado "transferencia cara a cara".

Dr. Gao Libo, el primer autor del artículo e investigador del Centro de Investigación de Grafeno de la Facultad de Ciencias de la NUS, creció grafeno sobre una capa de catalizador de cobre que recubre un sustrato de silicio. Después del crecimiento, el cobre se graba mientras que el grafeno se mantiene en su lugar mediante burbujas que forman puentes capilares, similares a los que se ven alrededor de las patas de los escarabajos y las ranas arborícolas adheridas a las hojas sumergidas. Los puentes capilares ayudan a mantener el grafeno en la superficie del silicio y evitan su delaminación durante el grabado del catalizador de cobre. Luego, el grafeno se adhiere a la capa de silicio.

Para facilitar la formación de puentes capilares, El Dr. Gao aplicó una etapa de pretratamiento que incluía la inyección de gases en la oblea. Esto ayuda a modificar las propiedades de la interfaz y facilita la formación de puentes capilares durante la infiltración de un líquido de eliminación de catalizador. La co-adición de surfactante ayuda a eliminar los pliegues y arrugas que se puedan crear durante el proceso de transferencia.

Aplicaciones industriales y nuevos conocimientos

Esta novedosa técnica de cultivar grafeno directamente sobre obleas de silicio y otros sustratos rígidos será muy útil para el desarrollo de plataformas de grafeno sobre silicio de rápida aparición. que han mostrado una gama prometedora de aplicaciones. El método de "transferencia cara a cara" desarrollado por el equipo de NUS también es apto para líneas de producción de semiconductores procesados ​​por lotes. como la fabricación de circuitos integrados a gran escala sobre obleas de silicio.

Para avanzar en su investigación, El profesor Loh y su equipo optimizarán el proceso para lograr una producción de alto rendimiento de grafeno de gran diámetro sobre silicio. así como apuntar a aplicaciones específicas habilitadas con grafeno en silicio. El equipo también está aplicando las técnicas a otras películas bidimensionales. Ahora se están llevando a cabo conversaciones con posibles socios de la industria.