Ny generation af fleksible grafentransistorer

Fremstilling af elektroniske komponenter ved hjælp af grafen, et materiale sammensat af et enkelt lag af kulstofatomer, er en af ​​nutidens store teknologiske udfordringer. Forskere håber at kunne udnytte grafens enestående elektronmobilitet og også bruge materialet til at designe billige, fleksibel elektronik. Forskerhold fra CEA, CNRS, Université de Lille 1 og Northwestern University er kommet med en ny proces til fremstilling af transistorer, der kombinerer fleksibilitet og elektronmobilitet og er i stand til at arbejde ved meget høje frekvenser i GHz -området. Processen bruger en form for grafen i opløsning, der er kompatibel med trykteknikker. Elektroniske komponenter som disse bør føre til udviklingen af ​​højtydende elektroniske kredsløb indbygget i hverdagsgenstande.

Resultaterne kom i journalen Nano bogstaver den 14. marts, 2012.

grafen, et materiale, der består af et enkelt lag af hexagonale carbonatomer, har nogle fremragende egenskaber. I særdeleshed, dens høje elektronmobilitet forventes at hjælpe elektroniske komponenter med at udføre ved meget høje frekvenser. Dens mekaniske egenskaber gør den også fleksibel. Disse to egenskaber - elektronmobilitet og fleksibilitet - kan med fordel bruges til at lave elektroniske komponenter og kredsløb til forskellige applikationer, såsom udvikling af fleksible skærme og meget højtydende transistorer og elektroniske komponenter til lave omkostninger.

Adskillige metoder til grafensyntese er i øjeblikket tilgængelige. En af dem involverer fremstilling af grafen som en opløsning af bittesmå partikler, et par hundrede nanometer i diameter, som stabiliseres i vand af overfladeaktive stoffer. Syntesemetoden, der bruges til at opnå den resulterende "ledende blæk", gør det muligt kun at vælge enkeltlagsark, der udviser bemærkelsesværdige elektroniske egenskaber (i stedet for en kombination af enkeltlags- og flerlagsgrafen). En anden specifik egenskab er, at komponenter kan produceres på en meget bred vifte af medier, herunder glas, papir eller organiske underlag.

Forskerholdene fra CEA, CNRS, Université de Lille 1 og Northwestern University udviklede den første nogensinde proces til fremstilling af fleksible transistorer af solubiliseret grafen på polyimid (en termostabil polymer) underlag. De lavede derefter en dybdegående undersøgelse af højfrekvente ydeevne af disse transistorer.

I processen udviklet af forskerne, plader af grafen i opløsning afsættes på substratet med et vekslende elektrisk felt påført mellem elektroder lavet på forhånd. Denne teknik, kendt som dielektroforese eller DEP, bruges til at styre grafenaflejringsprocessen for at opnå en høj tæthed af aflejrede plader i visse pletter. Denne tæthed er afgørende for at opnå enestående højfrekvent ydeevne. Ladningsmobiliteten i transistorerne er i området 100 cm2/V.s, en langt højere værdi end den, der opnås med halvledermolekyler eller polymerer. Disse transistorer opnår således meget høje frekvenser – omkring 8 GHz – et præstationsniveau, der aldrig før er opnået i organisk elektronik!

Resultaterne viser, at "ledende blæk" grafen er et meget konkurrencedygtigt materiale til fremstilling af fleksible elektroniske applikationer i et højfrekvent område (GHz), der er helt uden for rækkevidde for konventionelle organiske halvledere. Denne nye generation af transistorer tilbyder fremragende muligheder for mange applikationer, inklusive fleksible skærme (foldning eller oprulning), elektroniske enheder indbygget i stoffer eller andre hverdagsgenstande, såsom RFID-tags, i stand til at behandle og overføre information.