Fazendo componentes eletrônicos usando grafeno, um material composto por uma única camada de átomos de carbono, é um dos maiores desafios tecnológicos da atualidade. Os pesquisadores esperam aproveitar a excelente mobilidade de elétrons do grafeno e também usar o material para projetar de baixo custo, eletrônica flexível. Equipes de pesquisa do CEA, CNRS, A Université de Lille 1 e a Northwestern University criaram um novo processo para a fabricação de transistores que combinam flexibilidade e mobilidade de elétrons e são capazes de trabalhar em frequências muito altas na faixa de GHz. O processo usa uma forma de grafeno em solução compatível com as técnicas de impressão. Componentes eletrônicos como esses devem levar ao desenvolvimento de circuitos eletrônicos de alto desempenho integrados aos objetos do dia-a-dia.

Os resultados apareceram no jornal Nano Letras em 14 de março, 2012

Grafeno, um material que consiste em uma única camada de átomos de carbono hexagonais, tem algumas propriedades excelentes. Em particular, espera-se que sua alta mobilidade de elétrons ajude os componentes eletrônicos a funcionar em frequências muito altas. Suas propriedades mecânicas também o tornam flexível. Essas duas propriedades - mobilidade e flexibilidade de elétrons - poderiam ser empregadas de forma útil para fazer componentes eletrônicos e circuitos para várias aplicações, como o desenvolvimento de telas flexíveis e transistores de altíssimo desempenho e componentes eletrônicos a baixo custo.

Vários métodos de síntese de grafeno estão disponíveis atualmente. Um deles envolve a produção de grafeno como uma solução de partículas minúsculas, algumas centenas de nanômetros de diâmetro, que são estabilizados em água por surfactantes. O método de síntese usado para obter a "tinta condutora" resultante torna possível selecionar apenas folhas de camada única que exibem propriedades eletrônicas notáveis ​​(em vez de uma combinação de grafeno de camada única e multicamadas). Outra característica específica é que os componentes podem ser produzidos em uma ampla variedade de mídias, incluindo vidro, papel ou substratos orgânicos.

As equipes de pesquisa do CEA, CNRS, A Université de Lille 1 e a Northwestern University desenvolveram o primeiro processo para fabricar transistores flexíveis de grafeno solubilizado em substratos de poliimida (um polímero termoestável). Eles então fizeram um estudo aprofundado do desempenho de alta frequência desses transistores.

No processo desenvolvido pelos pesquisadores, folhas de grafeno em solução são depositadas sobre o substrato com um campo elétrico alternado aplicado entre os eletrodos feitos previamente. Esta técnica, conhecido como dieletroforese ou DEP, é utilizado para orientar o processo de deposição de grafeno de forma a obter uma alta densidade de folhas depositadas em determinados pontos. Essa densidade é essencial para alcançar um desempenho excepcional de alta frequência. A mobilidade de carga nos transistores é da ordem de 100 cm2 / V.s, um valor muito superior ao obtido com moléculas semicondutoras ou polímeros. Esses transistores atingem frequências muito altas - em torno de 8 GHz - um nível de desempenho nunca antes obtido em eletrônica orgânica!

Os resultados mostram que o grafeno de “tinta condutora” é um material altamente competitivo para fazer aplicações eletrônicas flexíveis em uma faixa de alta frequência (GHz) que está completamente fora do alcance de semicondutores orgânicos convencionais. Esta nova geração de transistores oferece excelentes perspectivas para muitas aplicações, incluindo telas flexíveis (dobráveis ​​ou enroláveis), dispositivos eletrônicos embutidos em tecidos ou outros objetos do dia a dia, como etiquetas RFID, capaz de processar e transmitir informações.