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Obleas de grafeno de alta calidad fabricadas con tecnología Beetle

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Muchos escarabajos, como las mariquitas, tienen la capacidad de adherirse a las cosas mientras caminan bajo el agua. Pueden hacer esto atrapando pequeñas burbujas dentro de estructuras similares a pelos en sus pies. Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur han utilizado un truco de burbujas similar para desarrollar una forma de hacer películas de grafeno de alta calidad. Su nueva técnica es la primera que puede lograr los pasos de crecimiento y transferencia del grafeno a una oblea de silicio.

Los investigadores están llamando a su proceso transferencia cara a cara. Se diferencia de los métodos estándar en seco o húmedo que transfieren las películas de rollo a rollo. Aunque los métodos estándar pueden hacer crecer hojas de hasta 30 pulgadas de largo, también crean muchos defectos. Estos defectos (grietas, pliegues y arrugas) son inevitables cuando el grafeno cultivado por CVD se transfiere de su sustrato de cobre subyacente. Idealmente, uno quiere cultivar el grafeno justo encima de un chip de silicio, o cualquier sustrato que sea el producto final.

Escarabajo

En el método cara a cara, la capa superior de dióxido de silicio de un trozo de silicio se bombardea primero con un plasma de nitrógeno. Esto crea una superficie de oxi-nitruro de silicio que puede atrapar burbujas que se forman más tarde durante el proceso de CVD (deposición química de vapor). A medida que la capa de cobre que se hiló antes del paso de CVD se elimina más tarde, el grafeno se mantiene en su lugar mediante esas burbujas que toman posiciones para formar «puentes capilares», como los de las pelusas (cerdas o crestas) de algunos escarabajos. y ranas.

Después de fabricar cintas delgadas de grafeno largas (hasta 1 metro), los investigadores pudieron tomar imágenes del proceso utilizando microscopía de fuerza atómica. También probaron las propiedades eléctricas de su producto utilizando medidas estándar de resistividad de cuatro sondas. Para hacer esto, primero tuvieron que metalizar puntos de níquel de 50 nm para que actuaran como electrodos. La conductividad estaba en el rango de 4,000 S / cm (compare la conductividad del cobre, un poco más alta a 6,000 S / cm). Es importante destacar que también pudieron demostrar la continuidad eléctrica ininterrumpida de cintas con relaciones longitud-ancho de hasta 105.

Los autores creen que su proceso ayudará a permitir el sueño de grafeno más grande que muchos ven como el futuro de la microelectrónica. Las llamadas plataformas de grafeno sobre silicio serían una parte importante, o al menos provisional, de ese futuro. Estos dispositivos están ahora en desarrollo en muchos frentes y se ha demostrado que admiten todo tipo de componentes eléctricos útiles: transistores, moduladores ópticos e incluso triodos de barrera Schottky controlados por compuerta más exóticos. Para un proceso por lotes, donde el crecimiento de grafeno dirigido puede adherirse espontáneamente a un sustrato subyacente sin defectos, las implicaciones tecnológicas pueden ser enormes.

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Papel: doi: 10.1038 / nature12763 – «Transferencia cara a cara de películas de grafeno a escala de obleas»

[Image credit: NUS Faculty of Science]