p Na última década, o grafeno foi intensamente estudado por sua óptica única, mecânico, propriedades elétricas e estruturais. As folhas de carbono com um átomo de espessura podem revolucionar a maneira como os dispositivos eletrônicos são fabricados e levar a transistores mais rápidos, células solares mais baratas, novos tipos de sensores e dispositivos sensoriais bioelétricos mais eficientes. Como um eletrodo de contato potencial e material de interconexão, o grafeno em escala de wafer pode ser um componente essencial em circuitos microeletrônicos, mas a maioria dos métodos de fabricação de grafeno não são compatíveis com microeletrônica de silício, bloqueando assim o salto do grafeno de potencial material maravilhoso para gerador de lucro real. p Agora, pesquisadores da Universidade da Coreia, em Seul, desenvolveram um método fácil e compatível com microeletrônica para cultivar grafeno e sintetizaram com sucesso a escala de wafer (quatro polegadas de diâmetro), alta qualidade, grafeno multicamadas em substratos de silício. O método é baseado em uma técnica de implantação de íons, um processo no qual os íons são acelerados sob um campo elétrico e se transformam em um semicondutor. Os íons impactantes mudam o físico, propriedades químicas ou elétricas do semicondutor.

p Em artigo publicado esta semana na revista Cartas de Física Aplicada , da AIP Publishing, os pesquisadores descrevem seu trabalho, que leva o grafeno um passo mais perto de aplicações comerciais em microeletrônica de silício.

p "Para integrar o grafeno na microeletrônica de silício avançada, grafeno de grande área livre de rugas, rasgos e resíduos devem ser depositados em wafers de silício em baixas temperaturas, que não pode ser alcançado com técnicas convencionais de síntese de grafeno, pois muitas vezes requerem altas temperaturas, "disse Jihyun Kim, o líder da equipe e um professor do Departamento de Engenharia Química e Biológica da Universidade da Coreia. "Nosso trabalho mostra que a técnica de implantação de íons de carbono tem grande potencial para a síntese direta de grafeno em escala de wafer para tecnologias de circuitos integrados."

p Descoberto há pouco mais de uma década, grafeno agora é considerado o mais fino, o material mais leve e forte do mundo. O grafeno é completamente flexível e transparente, sendo barato e não tóxico, e pode conduzir eletricidade assim como cobre, carregando elétrons quase sem resistência, mesmo em temperatura ambiente, uma propriedade conhecida como transporte balístico. Ótica única do grafeno, propriedades mecânicas e elétricas levaram à forma de carbono de um átomo de espessura sendo anunciada como o material de próxima geração para mais rapidez, menor, eletrônicos mais baratos e com menos consumo de energia.

p "Na microeletrônica de silício, grafeno é um eletrodo de contato potencial e um material de interconexão ligando dispositivos semicondutores para formar os circuitos elétricos desejados, "disse Kim." Isso torna a alta temperatura de processamento indesejável, como dano induzido pela temperatura, Deformação, pode ocorrer incrustação de metais e difusão não intencional de dopantes. "

p Assim, embora o método de fabricação de grafeno convencional de deposição de vapor químico seja amplamente utilizado para a síntese de grandes áreas de grafeno em filmes de cobre e níquel, o método não é adequado para microeletrônica de silício, como a deposição de vapor químico exigiria uma alta temperatura de crescimento acima de 1, 000 graus Celsius e um subsequente processo de transferência do grafeno da película metálica para o silício.

p "O grafeno transferido no substrato alvo geralmente contém rachaduras, rugas e contaminantes, "disse Kim." Assim, estamos motivados para desenvolver um método livre de transferência para sintetizar diretamente a alta qualidade, grafeno multicamadas em microeletrônica de silício. "

p O método de Kim se baseia na implantação de íons, uma técnica compatível com microeletrônica normalmente usada para introduzir impurezas em semicondutores. No processo, íons de carbono foram acelerados sob um campo elétrico e bombardeados sobre uma superfície em camadas feita de níquel, dióxido de silício e silício na temperatura de 500 graus Celsius. A camada de níquel, com alta solubilidade de carbono, é usado como um catalisador para a síntese de grafeno. O processo é então seguido por recozimento de ativação de alta temperatura (cerca de 600 a 900 graus Celsius) para formar uma estrutura em favo de mel de átomos de carbono, uma estrutura microscópica típica do grafeno.

p Kim explicou que a temperatura de recozimento de ativação poderia ser reduzida realizando a implantação de íons em uma temperatura elevada. Kim e seus colegas estudaram sistematicamente os efeitos das condições de recozimento na síntese de alta qualidade, grafeno multicamadas variando a pressão ambiente, gás ambiente, temperatura e tempo de tratamento.

p De acordo com Kim, a técnica de implantação de íons também oferece controle mais preciso sobre a estrutura final do produto do que outros métodos de fabricação, como a espessura da camada de grafeno pode ser determinada com precisão controlando a dose de implantação de íons de carbono.

p "Nosso método de síntese é controlável e escalonável, permitindo-nos obter grafeno tão grande quanto o tamanho da pastilha de silício [mais de 300 milímetros de diâmetro], "Kim disse.

p O próximo passo dos pesquisadores é baixar ainda mais a temperatura no processo de síntese e controlar a espessura do grafeno para a produção industrial.