Ny metode til dyrkning af grafen af ​​høj kvalitet, der lover for næste generations teknologi

At lave bølger som det materiale, der vil revolutionere elektronik, grafen - sammensat af et enkelt lag carbonatomer - har ikke desto mindre været udfordrende at producere på en måde, der vil være praktisk til innovative elektronikapplikationer. Forskere ved UC Santa Barbara har opdaget en metode til at syntetisere grafen af ​​høj kvalitet på en kontrolleret måde, der kan bane vejen for næste generations elektronikapplikation.

Kaustav Banerjee, en professor ved afdelingen for elektroteknik og computerteknik og direktør for Nanoelectronics Research Lab ved UCSB, der har studeret carbon nanomaterialer i mere end syv år, førte forskergruppen til perfekte metoder til dyrkning af ark med grafen, som beskrevet i en undersøgelse, der skal offentliggøres i november 2011 -udgaven af ​​tidsskriftet Kulstof .

"Vores proces har visse unikke fordele, der giver anledning til grafen af ​​høj kvalitet, "siger Banerjee." For at elektronikindustrien effektivt kan bruge grafen, den skal først dyrkes selektivt og i større ark. Vi har udviklet en synteseteknik, der giver grafen af ​​høj kvalitet og høj ensartethed, der kan omsættes til en skalerbar proces til industrielle applikationer. "

Ved hjælp af tape til at løfte flager af grafen fra grafit, University of Manchester forskere Geim og Novoselov fik Nobelprisen i fysik i 2010 for deres banebrydende isolation og karakterisering af materialet. For at lancere grafen i futuristiske applikationer, imidlertid, forskere har søgt en kontrolleret og effektiv måde at dyrke en højere kvalitet af dette enkelt-atom-tykke materiale på større områder.

Opdagelsen fra UCSB-forskere gør grafenproduktion til en branchevenlig proces ved at forbedre kvaliteten og ensartetheden af ​​grafen ved hjælp af effektive og reproducerbare metoder. De var i stand til at kontrollere antallet af producerede grafenlag-fra monolag til to-lags grafen-en vigtig sondring for fremtidige applikationer inden for elektronik og anden teknologi.

"Intel har en stor interesse for grafen på grund af mange muligheder, det rummer for den næste generation af energieffektive computere, men der er mange vejspærringer undervejs, "tilføjede Intel Fellow, Shekhar Borkar. "Den skalerbare synteseteknik udviklet af professor Banerjees gruppe ved UCSB er et vigtigt skridt fremad."

Som materiale, grafen er den tyndeste og stærkeste i verden - mere end 100 gange stærkere end diamant - og er i stand til at fungere som en ultimativ leder ved stuetemperatur. Hvis det kan produceres effektivt, grafens egenskaber gør den ideel til fremskridt inden for grøn elektronik, super stærke materialer, og medicinsk teknologi. Graphene kunne bruges til at lave fleksible skærme og elektroniske enheder, computere med 1, 000 GHz processorer, der kører på stort set ingen energi, og ultraeffektive solceller.

Nøglen til UCSB -teamets opdagelse er deres forståelse af grafenvækstkinetik under påvirkning af substratet. Deres fremgangsmåde anvender en metode kaldet lavtryks kemisk dampaflejring (LPCVD) og involverer nedbrydning af carbonhydridgassmetan ved en bestemt høj temperatur for at bygge ensartede lag af kulstof (som grafen) på et forbehandlet kobbersubstrat. Banerjees forskningsgruppe etablerede et sæt teknikker, der optimerede ensartethed og kvalitet af grafen, mens de kontrollerede antallet af grafenlag, de voksede på deres substrat.

Ifølge Dr. Wei Liu, en postdoktoral forsker og medforfatter af undersøgelsen, "Grafenvækst påvirkes stærkt af ufuldkommenheder på kobbersubstratet. Ved korrekt behandling af kobberoverfladen og præcist valg af vækstparametre, kvaliteten og ensartetheden af ​​grafen forbedres betydeligt, og antallet af grafenlag kan kontrolleres. "

Professor Banerjee og krediterede forfattere Wei Liu, Hong Li, Chuan Xu og Yasin Khatami er ikke det første forskerhold, der lavede grafen ved hjælp af CVD -metoden, men de er de første til med succes at forfine kritiske metoder til at dyrke en høj kvalitet af grafen. I fortiden, en central udfordring for CVD -metoden har været, at den giver en lavere kvalitet af grafen med hensyn til bærermobilitet - eller hvor godt den leder elektroner. "Vores grafen udviser den hidtil mest rapporterede mobilitetseffektmobilitet for CVD-grafen, med en gennemsnitlig værdi på 4000 cm2/V.s med den højeste topværdi ved 5500 cm2/V.s. Dette er en ekstremt høj værdi sammenlignet med siliciums mobilitet. "Tilføjede Hong Li, en ph.d. kandidat i Banerjees forskningsgruppe.

"Kaustav Banerjees gruppe leder forskningsindsatsen for grafen -nanoelektronik på UCSB, fra materialesyntese til enhedsdesign og udforskning af kredsløb. Hans arbejde har givet vores campus unikke og meget kraftfulde muligheder, "tilføjede David Awschalom, Professor i fysik, El- og computerteknik, og direktør for California NanoSystems Institute (CNSI) ved UCSB, hvor Banerjees laboratorium er placeret. "Denne nye facilitet har også øget vores muligheder for samarbejde på tværs af forskellige videnskabs- og ingeniørdiscipliner."

"Der er ingen tvivl om, at grafen er et overlegen materiale. I sagens natur er det fantastisk, "siger Banerjee." Det er op til os, forskerne og ingeniørerne, for at vise, hvordan vi kan bruge grafen og udnytte dets muligheder. Der er udfordringer i, hvordan man dyrker det, hvordan man overfører eller ikke overfører og mønster det, og hvordan man skræddersyr dets egenskaber til specifikke applikationer. Men disse udfordringer er grobund for spændende forskning i fremtiden. "