Nuestro mundo necesita telecomunicaciones fiables más que nunca. Sin embargo, Los dispositivos clásicos tienen limitaciones en términos de tamaño y costo y, especialmente, consumo de energía, que está directamente relacionado con las emisiones de gases de efecto invernadero. El grafeno podría cambiar esto y transformar el futuro de la banda ancha. Ahora, Los investigadores de Graphene Flagship han ideado una tecnología de fabricación a escala de obleas que, gracias a las plantillas de monocristal de grafeno predeterminadas, permite la integración en obleas de silicio, permitiendo la automatización y allanando el camino para la producción a gran escala.

Este trabajo, publicado en la prestigiosa revista ACS Nano , es un gran ejemplo de una colaboración impulsada por el ecosistema Graphene Flagship. Contó con la participación de varias instituciones asociadas de Graphene Flagship como el CNIT y el Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), en Italia, el Cambridge Graphene Centre de la Universidad de Cambridge, REINO UNIDO, y miembro asociado insignia de Graphene y CamGraphIC derivado. Es más, El tercero INPHOTEC vinculado al Graphene Flagship y los investigadores del Instituto Tecip en Italia proporcionaron la fabricación de circuitos integrados de fotónica de grafeno. A través del paquete de trabajo de integración a escala de obleas y proyectos de punta de lanza como Metrograph, Graphene Flagship fomenta la colaboración entre el mundo académico y las industrias líderes para desarrollar prototipos y productos de nivel de preparación de alta tecnología. hasta que puedan alcanzar la explotación del mercado.

La nueva técnica de fabricación está habilitada por la adopción de matrices de grafeno monocristalino. "Tradicionalmente, cuando se apunta a la integración a escala de obleas, uno crece una capa de grafeno del tamaño de una oblea y luego la transfiere al silicio, "explica Camilla Coletti, coordinador de Graphene Labs del IIT, quien codirigió el estudio. "Transferir una capa de grafeno de un átomo de espesor sobre obleas mientras se mantiene su integridad y calidad es un desafío", agrega. "La siembra de cristal, La técnica de crecimiento y transferencia adoptada en este trabajo garantiza el grafeno de alta movilidad a escala de obleas exactamente donde se necesita:una gran ventaja para la fabricación escalable de dispositivos fotónicos como moduladores, "continúa Coletti.

Se estima que, para 2023, el mundo verá más de 28 mil millones de dispositivos conectados, la mayoría de los cuales requerirá 5G. Estos desafiantes requisitos exigirán nuevas tecnologías. "El silicio y el germanio por sí solos tienen limitaciones; sin embargo, el grafeno ofrece muchas ventajas, "dice Marco Romagnoli de CNIT, socio insignia de Graphene, tercero vinculado a INPHOTEC, y miembro asociado CamGraphiC, quien codirigió el estudio. "Esta metodología nos permite obtener más de 12.000 cristales de grafeno en una oblea, coincidir con la configuración y disposición exactas que necesitamos para los dispositivos fotónicos habilitados para grafeno, ", añade. Además, el proceso es compatible con los sistemas de fabricación automatizados existentes, lo que acelerará su adopción e implementación industrial.

En otra publicación en Comunicaciones de la naturaleza , investigadores de los socios insignia de Graphene CNIT, Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), en Italia, Nokia, incluidos sus equipos en Italia y Alemania, INPHOTEC e investigadores de Tecip, vinculados a Graphene Flagship, utilizó este enfoque para demostrar una implementación práctica:"Utilizamos nuestra técnica para diseñar fotodetectores de grafeno de alta velocidad, "dice Coletti." Juntos, Estos avances acelerarán la implementación comercial de dispositivos fotónicos basados ​​en grafeno, " ella agrega.

Los dispositivos fotónicos habilitados para grafeno ofrecen varias ventajas. Absorben la luz del ultravioleta al infrarrojo lejano, lo que permite comunicaciones de banda ultra ancha. Los dispositivos de grafeno pueden tener una movilidad ultra alta de portadores (electrones y huecos), lo que permite una transmisión de datos que supera las redes Ethernet de mejor rendimiento. rompiendo la barrera de los 100 gigabits por segundo.

Reducir las demandas energéticas de las telecomunicaciones y las comunicaciones de datos es fundamental para ofrecer soluciones más sostenibles. En el presente, Las tecnologías de la información y la comunicación ya son responsables de casi el 4% de todas las emisiones de gases de efecto invernadero. comparable a la huella de carbono de la industria aérea, se proyecta que aumente a alrededor del 14% para 2040. "En el grafeno, casi toda la energía de la luz se puede convertir en señales eléctricas, que reduce enormemente el consumo de energía y maximiza la eficiencia, "añade Romagnoli.

Frank Koppens, Líder insignia de grafeno para fotónica y optoelectrónica, dice:"Esta es la primera vez que se ha integrado grafeno de alta calidad en la escala de obleas. El trabajo muestra una relevancia directa al revelar moduladores de absorción de alto rendimiento y alta velocidad. Estos impresionantes logros llevan la comercialización de dispositivos de grafeno a las comunicaciones 5G muy cerca."

Andrea C. Ferrari, El oficial de ciencia y tecnología del Graphene Flagship y presidente de su Panel de Gestión agregó:"Este trabajo es un hito importante para el Graphene Flagship. Una estrecha colaboración entre socios académicos e industriales finalmente ha desarrollado un proceso a escala de obleas para la integración del grafeno. La fundición ya no es una meta lejana, pero empieza hoy ".