Nosso mundo precisa de telecomunicações confiáveis ​​mais do que nunca. Contudo, dispositivos clássicos têm limitações em termos de tamanho e custo e, especialmente, consumo de energia - que está diretamente relacionado às emissões de gases de efeito estufa. O grafeno pode mudar isso e transformar o futuro da banda larga. Agora, Os pesquisadores do Graphene Flagship desenvolveram uma tecnologia de fabricação em escala de wafer que, graças aos modelos de cristal único de grafeno predeterminados, permite a integração em wafers de silício, permitindo a automação e abrindo caminho para a produção em larga escala.

Este trabalho, publicado na prestigiosa revista ACS Nano , é um ótimo exemplo de colaboração promovida pelo ecossistema Graphene Flagship. Contou com a participação de diversas instituições parceiras da Graphene Flagship como o CNIT e o Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), Na Itália, o Cambridge Graphene Center da University of Cambridge, REINO UNIDO, e Graphene Flagship Associated Member e spin-off da CamGraphIC. Além disso, O INPHOTEC, terceiro vinculado ao Grafeno, e pesquisadores do Instituto Tecip, na Itália, forneceram a fabricação de circuitos integrados de fotônica de grafeno. Por meio do Pacote de Trabalho de Integração em escala Wafer e Projetos Spearhead, como Metrograph, o Graphene Flagship estimula a colaboração entre a academia e as principais indústrias para desenvolver protótipos e produtos de alta tecnologia de nível de prontidão, até que eles possam alcançar a exploração do mercado.

A nova técnica de fabricação é possibilitada pela adoção de matrizes de grafeno de cristal único. "Tradicionalmente, ao visar a integração em escala de wafer, cresce uma camada de grafeno do tamanho de uma bolacha e, em seguida, transfere-a para o silício, "explica Camilla Coletti, coordenador dos Laboratórios de Grafeno do IIT, que co-liderou o estudo. "Transferir uma camada de grafeno com a espessura de um átomo sobre wafers enquanto mantém sua integridade e qualidade é um desafio", acrescenta ela. "A semeadura de cristal, A técnica de crescimento e transferência adotada neste trabalho garante grafeno de alta mobilidade em escala de wafer exatamente onde é necessário:uma grande vantagem para a fabricação escalável de dispositivos fotônicos como moduladores, "continua Coletti.

Estima-se que, em 2023, o mundo verá mais de 28 bilhões de dispositivos conectados, a maioria dos quais exigirá 5G. Esses requisitos desafiadores exigirão novas tecnologias. "Silício e germânio por si só têm limitações; no entanto, o grafeno oferece muitas vantagens, "diz Marco Romagnoli do parceiro da Graphene Flagship CNIT, INPHOTEC de terceiros vinculados, e membro associado CamGraphiC, que co-liderou o estudo. "Esta metodologia nos permite obter mais de 12.000 cristais de grafeno em um wafer, combinando com a configuração e disposição exatas de que precisamos para dispositivos fotônicos habilitados para grafeno, "acrescenta. Além disso, o processo é compatível com os sistemas de fabricação automatizados existentes, que irá acelerar sua aceitação e implementação industrial.

Em outra publicação em Nature Communications , pesquisadores da empresa parceira Graphene Flagship CNIT, Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), Na Itália, Nokia - incluindo suas equipes na Itália e Alemanha, Grafeno Flagship-linked terceirizado INPHOTEC e pesquisadores da Tecip, usou esta abordagem para demonstrar uma implementação prática:"Usamos nossa técnica para projetar fotodetectores de grafeno de alta velocidade, "diz Coletti." Juntos, esses avanços irão acelerar a implementação comercial de dispositivos fotônicos à base de grafeno, " Ela adiciona.

Dispositivos fotônicos habilitados para grafeno oferecem várias vantagens. Eles absorvem a luz ultravioleta para o infravermelho distante - isso permite comunicações de banda ultravioleta. Dispositivos de grafeno podem ter mobilidade ultra-alta de portadoras - elétrons e lacunas - permitindo a transmissão de dados que excede as redes Ethernet de melhor desempenho, quebrando a barreira de 100 gigabits por segundo.

Reduzir as demandas energéticas de telecom e datacom é fundamental para fornecer soluções mais sustentáveis. Atualmente, As tecnologias de informação e comunicação já são responsáveis ​​por quase 4% de todas as emissões de gases de efeito estufa, comparável à pegada de carbono da indústria aérea, projetado para aumentar para cerca de 14% até 2040. "No grafeno, quase toda a energia da luz pode ser convertida em sinais elétricos, que reduz enormemente o consumo de energia e maximiza a eficiência, "acrescenta Romagnoli.

Frank Koppens, Líder em destaque em grafeno para fotônica e optoeletrônica, diz:"Esta é a primeira vez que o grafeno de alta qualidade foi integrado na escala de wafer. O trabalho mostra relevância direta ao revelar moduladores de absorção de alto rendimento e alta velocidade. Essas conquistas impressionantes trazem a comercialização de dispositivos de grafeno em comunicações 5G muito perto."

Andrea C. Ferrari, O Diretor de Ciência e Tecnologia do Graphene Flagship e Presidente do seu Painel de Gestão acrescentou:"Este trabalho é um marco importante para o Graphene Flagship. Uma estreita colaboração entre os parceiros acadêmicos e industriais finalmente desenvolveu um processo em escala de wafer para a integração do grafeno. O Graphene A fundição não é mais um objetivo distante, mas começa hoje. "