Terahertz-billeddannelse af grafen baner vejen for industrialisering

Røntgenscanninger revolutionerede medicinske behandlinger ved at give os mulighed for at se menneskers indre uden operation. Tilsvarende terahertz spektroskopi trænger ind i grafenfilm, der giver forskere mulighed for at lave detaljerede kort over deres elektriske kvalitet, uden at beskadige eller forurene materialet. The Graphene Flagship samlede forskere fra den akademiske verden og industrien for at udvikle og modne denne analytiske teknik, og nu er et nyt måleværktøj til grafenkarakterisering klar.

Indsatsen var mulig takket være det samarbejdsmiljø, der blev muliggjort af Graphene Flagship European Consortium, med deltagelse af forskere fra Graphene Flagship-partnerne DTU, Danmark, IIT, Italien, Aalto Universitet, Finland, AIXTRON, Storbritannien, imec, Belgien, Graphenea, Spanien, Warszawa Universitet, Polen, og Thales R&T, Frankrig, samt samarbejdspartnere i Kina, Korea og USA.

Grafen er ofte 'sandwich' mellem mange forskellige lag og materialer, der skal bruges i elektroniske og fotoniske enheder. Dette komplicerer processen med kvalitetsvurdering. Terahertz-spektroskopi gør tingene lettere. Det afbilder de indkapslede materialer og afslører kvaliteten af ​​grafenen nedenunder, afsløre ufuldkommenheder på kritiske punkter i fremstillingsprocessen. Det er en hurtig, ikke-destruktiv teknologi, der undersøger de elektriske egenskaber af grafen og lagdelte materialer, uden behov for direkte kontakt.

Udviklingen af ​​karakteriseringsteknikker som terahertz-spektroskopi er grundlæggende for at accelerere produktion i stor skala, da de garanterer, at grafen-aktiverede enheder er lavet konsekvent og forudsigeligt, uden fejl. Kvalitetskontrol går forud for tillid. Takket være andre udviklinger, banebrydende af Graphene Flagship, såsom rulle-til-rulle produktion af grafen og lagdelte materialer, fabrikationsteknologi er klar til at tage det næste skridt. Terahertz-spektroskopi giver os mulighed for at øge produktionen af ​​grafen uden at miste kvaliteten af ​​syne.

"Dette er den teknik, vi havde brug for for at matche de højkapacitetsproduktionsniveauer, der er muliggjort af Graphene Flagship, " forklarer Peter Bøggild fra Graphene Flagship partner DTU. "Vi er sikre på, at terahertz-spektroskopi i grafenfremstilling vil blive lige så rutinepræget som røntgenscanninger på hospitaler, " tilføjer han. "Faktisk, takket være terahertz spektroskopi kan du nemt kortlægge selv meterskala grafenprøver uden at røre dem, hvilket ikke er muligt med nogle andre state-of-the-art teknikker." Desuden, Graphene Flagship studerer i øjeblikket, hvordan man anvender terahertz-spektroskopi direkte i rulle-til-rulle grafen-produktionslinjer, og fremskynde billeddannelsen.

Samarbejde var nøglen til denne præstation. Graphene Flagship-forskere i akademiske institutioner arbejdede tæt sammen med førende grafenproducenter såsom Graphene Flagship-partnerne AIXTRON, Graphenea og IMEC. "Dette er den bedste måde at sikre, at vores løsning er relevant for vores slutbrugere, virksomheder, der fremstiller grafen og lagdelte materialer i industriel skala, " siger Bøggild. "Vores publikation er et omfattende casestudie, der fremhæver alsidigheden og pålideligheden af ​​terahertz-spektroskopi til kvalitetskontrol og bør vejlede vores kolleger i at anvende teknikken på mange industrielt relevante substrater såsom silicium, safir, siliciumcarbid og polymerer." tilføjer han.

At sætte standarder er et vigtigt skridt for udviklingen af ​​ethvert nyt materiale, for at sikre, at det er sikkert, ægte og vil tilbyde en ydeevne, der er både pålidelig og konsekvent. Derfor har Graphene Flagship en dedikeret arbejdsgruppe med fokus på standardisering af grafen, måle- og analyseteknikker og fremstillingsprocesser. Den nyudviklede metode til terahertz-spektroskopi er på vej til at blive en standard teknisk specifikation, takket være arbejdet i Graphene Flagship Standardization Committee. "Dette vil uden tvivl accelerere optagelsen af ​​denne nye teknologi, da det vil skitsere, hvordan analyse og sammenligning af grafenprøver kan udføres på en reproducerbar måde, " forklarer Peter Jepsen fra Graphene Flagship Partner DTU, som er medforfatter til undersøgelsen. "Terahertz-spektroskopi er endnu et skridt til at øge tilliden til grafen-aktiverede produkter, " slutter han.

Amaia Zurutuza, medforfatter til artiklen og videnskabelig direktør hos Graphene Flagship-partner Graphenea, siger:"På Graphenea, vi er overbeviste om, at terahertz-billeddannelse kan muliggøre udviklingen af ​​kvalitetskontrolteknikker, der er i stand til at matche produktionskapacitetskravene og levere relevant grafenkvalitetsinformation, hvilket er essentielt på vores vej mod den succesfulde industrialisering af grafen."

Thurid Gspann, formanden for Graphene Flagship Standardization Committee, siger, "Denne terahertz [spektroskopi]-teknik forventes at blive bredt brugt af industrien. Den kræver ikke nogen særlig prøveforberedelse og er en kortlægningsteknik, der gør det muligt at analysere store områder på en tidseffektiv måde."

Marco Romagnoli, Grafen Flagskib Divisionsleder for Elektronik og Fotonik Integration, tilføjer, "Terahertz-spektroskopiværktøjet til applikation i wafer-skala er et state-of-the-art, højt TRL-system til at karakterisere flerlagsstabler på wafere, der indeholder CVD-grafen. Det virker på kort tid og med god nøjagtighed, og giver de vigtigste parametre af interesse, såsom transportørmobilitet, ledningsevne, spredningstid og bærertæthed. Denne højværdi tekniske præstation er også et eksempel på fordelen ved at være en del af et stort samarbejdsprojekt som Graphene Flagship."

Andrea C. Ferrari, Videnskabs- og teknologiofficer for Graphene Flagship og formand for dets ledelsespanel, tilføjer, "Endnu engang, Graphene Flagship-forskere er banebrydende med en ny karakteriseringsteknik for at lette udviklingen af ​​grafenteknologi. Dette hjælper os med at gøre fremskridt støt på vores innovations- og teknologikøreplan og vil gavne den industrielle optagelse af grafen i en bred vifte af applikationer."