En la ultima década, El grafeno ha sido estudiado intensamente por su óptica única, mecánico, propiedades eléctricas y estructurales. Las láminas de carbono de un átomo de espesor podrían revolucionar la forma en que se fabrican los dispositivos electrónicos y dar lugar a transistores más rápidos. células solares más baratas, nuevos tipos de sensores y dispositivos sensoriales bioeléctricos más eficientes. Como electrodo de contacto potencial y material de interconexión, El grafeno a escala de obleas 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, bloqueando así el salto del grafeno de un potencial material maravilloso a un verdadero generador de beneficios.

Ahora, investigadores de la Universidad de Corea, En Seúl, han desarrollado un método fácil y compatible con la microelectrónica para cultivar grafeno y han sintetizado con éxito la escala de obleas (cuatro pulgadas de diámetro), alta calidad, grafeno multicapa 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 rompen en un semiconductor. Los iones impactantes cambian el físico, propiedades 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 acerca el grafeno un paso más a las aplicaciones comerciales en microelectrónica de silicio.

"Para integrar el grafeno en microelectrónica de silicio avanzada, grafeno de gran superficie libre de arrugas, las lágrimas y los residuos deben depositarse sobre las obleas de silicio a bajas temperaturas, que no se puede lograr con las técnicas convencionales de síntesis de grafeno, ya que a menudo requieren altas temperaturas, "dijo Jihyun Kim, el 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 obleas para tecnologías de circuitos integrados".

Descubierto hace poco más de una década, el grafeno ahora se considera el más delgado, El material más ligero y resistente del mundo. El grafeno es completamente flexible y transparente a la vez que económico y no tóxico. y puede conducir tanto la electricidad como el cobre, llevando electrones casi sin resistencia incluso a temperatura ambiente, una propiedad conocida como transporte balístico. Óptica única del grafeno, Las propiedades mecánicas y eléctricas han llevado a que la forma de carbono de un átomo de espesor sea anunciada como el material de próxima generación para una mayor rapidez, menor, Electrónica más barata y que consume menos energía.

"En 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 temperatura de procesamiento alta sea indeseable, como daño inducido por la temperatura, son, pueden producirse picos de metal y 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 microelectrónica de silicio, ya que la deposición de vapor químico requeriría una temperatura de crecimiento alta por encima de 1, 000 grados Celsius y un proceso de transferencia posterior del grafeno desde la película metálica al silicio.

"El grafeno transferido al 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 alta calidad, grafeno multicapa en microelectrónica de silicio ".

El método de Kim se basa en la implantación de iones, una técnica compatible con la microelectrónica que se utiliza normalmente para introducir impurezas en semiconductores. En el proceso, Los iones de carbono se aceleraron bajo un campo eléctrico y se bombardearon sobre una superficie en capas hecha de níquel, dióxido de silicio y silicio a una temperatura de 500 grados centígrados. La capa de níquel, con alta solubilidad en carbono, se utiliza como catalizador para la síntesis de grafeno. Luego, el proceso es seguido por un recocido de activación a alta temperatura (alrededor de 600 a 900 grados Celsius) para formar una red en forma de panal de átomos de carbono, una estructura microscópica típica del grafeno.

Kim explicó que la temperatura de recocido de activación podría reducirse realizando la implantación de iones a una temperatura elevada. Luego, Kim y sus colegas estudiaron sistemáticamente los efectos de las condiciones de recocido en la síntesis de alta calidad, grafeno multicapa variando la presión ambiental, gas ambiental, temperatura y tiempo durante el tratamiento.

Según Kim, la técnica de implantación de iones también ofrece un control más preciso 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.