Lasere skræddersy grafen til ny elektronikteknologi

Carbon nanomaterialer udviser ekstraordinære fysiske egenskaber, fremragende blandt alle andre tilgængelige stoffer, og grafen er vokset som det mest lovende materiale til helt nye elektroniske kredsløb, sensorer og optiske kommunikationsenheder. Grafen er et enkelt atomtykt ark af honeycomb carbon gitter, med unikke elektroniske og optiske egenskaber, som kunne bringe en ny æra med hurtige, pålidelig, lav effekt kommunikation og informationsbehandling.

Men to problemer hindrer grafens optagelse i den virkelige verdens elektronik. Der er ingen storskala teknologi til at kontrollere dens egenskaber, og den traditionelle teknologi, der anvendes til siliciumbaserede processorer (fast tilstand) er ikke egnet til grafenbehandling (molekylært materiale).

Forskerne fra Teknologisk Center AIMEN udforsker brugen af ​​ultrahurtige lasere som værktøjer til grafenbehandling. Laserstrålen kan fokuseres præcist for at skræddersy egenskaberne af grafenfilm i fint definerede områder for at producere distinkt adfærd, der er nyttig til fremstilling af enheder.

Nøglen er brugen af ​​korte, stærkt kontrollerede laserimpulser, som inducerer kemiske ændringer i kulstofgitteret. En enkelt laserpuls med en varighed på flere picosekunder er nok - varigheden af ​​en enkelt svingning i et polært molekyle, som vand. På dette tidspunkt, forskere viste, at de kan mønstre grafengitre ved at skære, tilføjelse af eksterne molekyler eller bindende forbindelser (funktionelle grupper som oxygen eller hydroxyl). Da laserpletten kan fokuseres i et område på en kvadrat mikron eller mindre, direkte skrivning af enheder på grafen kan opnås med høj præcision, producerer nano-enheder med minimalt fodaftryk og maksimal effektivitet.

Som for nylig offentliggjort i AIP anvendt fysik bogstaver ( Mønstret grafenablation og to-foton funktionalisering ved picosecond laserpulser under omgivende forhold ), AIMEN-forskernes arbejde demonstrerede laserbaseret, storskala mønstre af grafen ved høj hastighed og opløsning, åbner nye muligheder for fremstilling af enheder. Processens hastighed kan være højere end en m/s for at tegne de mikrometerstore funktioner. Bearbejdningshastigheder over 10 m/s kunne opnås ved hjælp af avanceret optisk scanning.

I øvrigt, arbejdet demonstrerede styringen af ​​de termiske og kemiske processer ved at justere laserstrålekarakteristika. For lavt energiforbrug, multifotonabsorption spiller en stor rolle, inducerer kemiske reaktioner mellem kulstof- og atmosfæremolekyler, resulterer i nye optiske egenskaber i grafen.

Potentialet for de ændrede optiske egenskaber (såsom spektral transmission) af funktionaliseret grafen er for nylig blevet anerkendt, og det fulde industrielle potentiale af denne teknologi skal tackles. Denne forskning lægger et grundlag for en dybere forståelse af de kemiske og fysiske processer for industrielt mulig grafenmønstre, samt test for rigtige apparatapplikationer til fremtidig elektronik.