Hurtigt værktøj til grafenkvalitetskontrol

National Physical Laboratory (NPL) har samarbejdet med Chalmers University of Technology og Linköping University i Sverige for at hjælpe med at udvikle et hurtigt og billigt værktøj til kvalitetskontrol af grafen dyrket på siliciumcarbid.

Graphene blev oprindeligt fremstillet ved hjælp af en metode kaldet 'eksfoliering', der indebærer at trække grafit fra hinanden, for eksempel med klæbende tape, indtil du står tilbage med et carbonlag, der er et atom tykt. Selvom dette producerer grafen af ​​høj kvalitet, metoden er ikke egnet til masseproduktion og kommercielle anvendelser.

En alternativ metode er at dyrke grafen epitaksialt (i lag) fra en krystal af siliciumcarbid ved høj temperatur. NPL og samarbejdspartnere har for nylig brugt grafen, der er vokset på denne måde, til at udvikle en overlegen standard for quantum Hall -resistens. Imidlertid, at øge produktionen af ​​grafen til de niveauer og perfektion, der kræves af elektronikindustrien, hurtige og billige måleværktøjer til kvalitetskontrol er påkrævet.

Den nye kvalitetskontrolteknik, udgivet i Nano bogstaver , er baseret på optisk mikroskopi og kan bruges til at forstå virkningen af ​​siliciumcarbidsubstratet på kvaliteten af ​​grafenlaget. Det blev tidligere antaget, at kontrasten mellem grafen og siliciumcarbid var for lav til at blive observeret direkte med et optisk mikroskop. Men, ved at analysere optiske billeder og sammenligne dem med elektriske målinger, teknikken var i stand til at identificere enkelte grafenlag kun 0,3 nanometer tykke.

I en praktisk demonstration, forskerne byggede grafenindretninger på bestemte dele af siliciumcarbidet, som de fandt ved hjælp af den optiske mikroskopi teknik. Ud over at identificere enkelte lag af grafen, de var i stand til at visualisere træk som f.eks. trappeterrasser på siliciumcarbidsubstratet og områder af flerlags grafen. De testede derefter de elektriske egenskaber ved de enheder, der er bygget på hvert område. Resultaterne bekræftede det optiske mikroskops evne til at detektere områder med forskellig topografi og lagdækning af grafen.

Denne forskning viser, hvordan optisk mikroskopi kan opdage defekter under væksten af ​​grafen på siliciumcarbid. De producerede resultater kan sammenlignes med andre mere udviklede teknikker, men er hurtigere at opnå og ikke-invasive. Dette gør den optiske mikroskopi teknik til en førende kandidat til industriel kvalitetskontrol.

NPL's bidrag til projektet var at kvantificere de optiske billeder og validere de optiske mikroskopidata ved hjælp af veletablerede teknikker såsom scanning af Kelvin-sonde-mikroskopi. Dette arbejde blev støttet af EUs syvende rammeprogram (FP7) -projekt ConceptGraphene og IRD -grafenprojektet fra UK National Measurement Office.

NPL sluttede sig for nylig til Graphene Stakeholders Association for at fremme en ansvarlig udvikling af grafen og grafenaktiverede teknologier.

Mere om NPL's arbejde med Graphene.