Os exames de raios-X revolucionaram os tratamentos médicos, permitindo-nos ver o interior dos seres humanos sem cirurgia. De forma similar, a espectroscopia terahertz penetra nos filmes de grafeno, permitindo que os cientistas façam mapas detalhados de sua qualidade elétrica, sem danificar ou contaminar o material. O Graphene Flagship reuniu pesquisadores da academia e da indústria para desenvolver e amadurecer esta técnica analítica, e agora uma nova ferramenta de medição para caracterização de grafeno está pronta.

O esforço foi possível graças ao ambiente colaborativo proporcionado pelo consórcio europeu Graphene Flagship, com a participação de cientistas dos parceiros da Graphene Flagship DTU, Dinamarca, IIT, Itália, Aalto University, Finlândia, AIXTRON, REINO UNIDO, imec, Bélgica, Graphenea, Espanha, Universidade de Varsóvia, Polônia, e Thales R&T, França, bem como colaboradores na China, Coréia e Estados Unidos.

O grafeno é freqüentemente "ensanduichado" entre muitas camadas e materiais diferentes para serem usados ​​em dispositivos eletrônicos e fotônicos. Isso complica o processo de avaliação da qualidade. A espectroscopia Terahertz torna as coisas mais fáceis. Ele imagens os materiais encapsulados e revela a qualidade do grafeno por baixo, expondo imperfeições em pontos críticos do processo de fabricação. É um rápido, tecnologia não destrutiva que investiga as propriedades elétricas do grafeno e de materiais em camadas, sem necessidade de contato direto.

O desenvolvimento de técnicas de caracterização como espectroscopia terahertz é fundamental para acelerar a produção em larga escala, pois eles garantem que os dispositivos habilitados para grafeno sejam feitos de forma consistente e previsível, sem falhas. O controle de qualidade precede a confiança. Graças a outros desenvolvimentos lançados pela Flagship Graphene, como a produção rolo a rolo de grafeno e materiais em camadas, a tecnologia de fabricação está pronta para dar o próximo passo. A espectroscopia Terahertz nos permite aumentar a produção de grafeno sem perder de vista a qualidade.

"Esta é a técnica de que precisávamos para corresponder aos níveis de produção de alto rendimento habilitados pelo Graphene Flagship, "explica Peter Bøggild, do parceiro DTU da Graphene Flagship." Estamos confiantes de que a espectroscopia terahertz na fabricação de grafeno se tornará tão rotineira quanto os exames de raios-X em hospitais, "acrescenta." Na verdade, graças à espectroscopia terahertz, você pode mapear facilmente até mesmo amostras de grafeno em escala métrica sem tocá-las, o que não é possível com algumas outras técnicas de ponta. "Além disso, o Graphene Flagship está atualmente estudando como aplicar espectroscopia terahertz diretamente em linhas de produção de grafeno roll-to-roll, e acelerar a imagem.

A colaboração foi a chave para essa conquista. Os pesquisadores do Graphene Flagship em instituições acadêmicas trabalharam em estreita colaboração com os principais fabricantes de grafeno, como os parceiros do Graphene Flagship, AIXTRON, Graphenea e IMEC. "Esta é a melhor maneira de garantir que nossa solução seja relevante para nossos usuários finais, empresas que fazem grafeno e materiais em camadas em escala industrial, "diz Bøggild." Nossa publicação é um estudo de caso abrangente que destaca a versatilidade e confiabilidade da espectroscopia terahertz para controle de qualidade e deve orientar nossos colegas na aplicação da técnica a muitos substratos industrialmente relevantes, como o silício, safira, carboneto de silício e polímeros ”, acrescenta.

Definir padrões é uma etapa importante para o desenvolvimento de qualquer novo material, para garantir que seja seguro, genuíno e oferecerá um desempenho confiável e consistente. É por isso que o Graphene Flagship tem um grupo de trabalho dedicado focado na padronização do grafeno, medição e técnicas analíticas e processos de fabricação. O método recentemente desenvolvido para espectroscopia terahertz está a caminho de se tornar uma especificação técnica padrão, graças ao trabalho do Comitê de Padronização Flagship do Graphene. "Isso, sem dúvida, acelerará a aceitação dessa nova tecnologia, uma vez que irá delinear como a análise e comparação de amostras de grafeno podem ser feitas de forma reproduzível, "explica Peter Jepsen da Graphene Flagship Partner DTU, co-autores do estudo. "A espectroscopia Terahertz é mais um passo para aumentar a confiança em produtos habilitados com grafeno, "conclui.

Amaia Zurutuza, co-autor do artigo e diretor científico da Graphene Flagship partner Graphenea, diz:"No Graphenea, estamos convencidos de que a imagem terahertz pode permitir o desenvolvimento de técnicas de controle de qualidade capazes de atender aos requisitos de produção e fornecer informações relevantes sobre a qualidade do grafeno, que é essencial em nosso caminho para a industrialização bem-sucedida do grafeno. "

Thurid Gspann, o Presidente do Comitê de Padronização do Graphene Flagship, diz, "Espera-se que esta técnica terahertz [espectroscopia] seja amplamente adotada pela indústria. Ela não requer nenhuma preparação de amostra em particular e é uma técnica de mapeamento que permite analisar grandes áreas de uma maneira eficiente em termos de tempo."

Marco Romagnoli, Líder da Divisão Flagship do Graphene para Integração de Eletrônica e Fotônica, adiciona, "A ferramenta de espectroscopia terahertz para aplicação em escala de wafer é um estado da arte, sistema de alto TRL para caracterizar pilhas multicamadas em wafers que contêm grafeno CVD. Funciona em pouco tempo e com boa precisão, e fornece os principais parâmetros de interesse, como mobilidade de operadora, condutividade, tempo de espalhamento e densidade de portadores. Esta conquista técnica de alto valor também é um exemplo da vantagem de fazer parte de um grande projeto colaborativo como o Graphene Flagship. "

Andrea C. Ferrari, Diretor de Ciência e Tecnologia da Nave Grafeno e Presidente de seu Painel de Gestão, adiciona, "Ainda denovo, Os pesquisadores do Graphene Flagship são os pioneiros em uma nova técnica de caracterização para facilitar o desenvolvimento da tecnologia do grafeno. Isso nos ajuda a progredir de forma constante em nosso roteiro de inovação e tecnologia e beneficiará a absorção industrial do grafeno em uma ampla gama de aplicações. "