A
partire dal suo isolamento
nel 2004, il grafene è assurto
agli onori della cronaca come
il miglior candidato tra i mate-
riali che promettono di portare
l’elettronica oltre i limiti intrin-
sechi della tecnologia in sili-
cio. Questa forma allotropica
del carbonio, che si presen-
ta sotto forma di cristalli bidi-
mensionali a celle esagonali,
è caratterizzata da proprietà
meccaniche, elettroniche, ter-
miche e ottiche che ne fanno il
materiale ideale per la realiz-
zazione di una nuova genera-
zione di componenti elettroni-
ci e fotonici, in particolare su
supporti flessibili.
La produzione di macrocristalli
di grafene buona qualità (mo-
nostrato, monocristallino, sen-
zapieghe), tuttavia, ha sempre
presentato considerevoli diffi-
coltà per via della laboriosità o
specificità del processo e dagli
alti costi derivanti dalla distru-
zionedel supporto impiegato in
fasedi sintesi.
In un articolo pubblicato lo
scorso 4 aprile nella sezione
Science Express della rivista
(“Wafer-Scale Growth
of Single-Crystal Monolayer
Graphene onReusableHydro-
gen-Terminated Germanium”),
un gruppo di 14 ricercatori
sudcoreani, dieci dei qua-
li facenti parte del
hamostrato come
siapossibilesintetizzaremono-
cristallimonostratodi grafenea
livellodiwafer con tecnicheche
promettonodi essereeconomi-
camente sostenibili anche per
grandi volumi di produzione.
I ricercatori sono partiti da un
normalewaferdi siliciosul qua-
le hanno realizzato uno strato
epitassiale di germanio. Il wa-
fer è stato poi immerso in una
soluzione di acido fluoridrico al
10%, così da rimuovere ogni
traccia di ossidi e lasciare una
superficie di atomi di germanio
terminati conatomi di idrogeno.
Segue immediatamente una
deposizione chimica di vapori
abassapressione che creaun
nuovo strato di germanio, sul
quale poi viene fatta fluire una
miscela di gas metano e idro-
geno a 900 °C che da luogo
alla sintesi del monocristallo di
grafene.
La ricerca, chehavisto il contri-
buto dei ricercatori dell
, rappre-
sentaunnotevolepassoavanti
verso la produzione industriale
di grafene monocristallino a
basso costo soprattutto grazie
a una tecnica di dry etching
che permette di riutilizzare il
supporto necessario alla sin-
tesi del materiale dopo che il
grafene è stato trasferito sul
substratodei dispositivi dapro-
durre.
Il grafene viene prelevato uti-
lizzando come supporto ed
elettrodo un sottile strato d’oro
che viene depositato sul wafer
per evaporazione termica.L’oro
viene fatto aderire per mezzo
di una leggera pressione a un
nastro TRT che quando viene
rimosso porta con sé anche lo
stratodi grafenemanonquello
di germanio.Quest’ultimo rima-
ne sul supporto originario che
potrà così essere riutilizzato
per un nuovo ciclo produttivo.
Il prezioso carico di grafene
monocristallino con elettrodo
d’oro potrà essere applicato
al substrato di destinazione
posizionandovi il nastro TRT e
scaldandolo per pochi minuti a
100 °C.
Nell’articolo apparso su Scien-
ce, i ricercatori hannoutilizzato
questa tecnica per realizzare
transistor ingrafene,utilizzando
come supporto di destinazione
per il doppio strato grafene-Au
del silicio di tipo p rivestito da
300nmdi SiO
2
.
Il metodo proposto dai ricer-
catori coreani risolve inoltre il
principale problema delle pre-
cedenti tecnichedi deposizione
chimica di vapori su supporto
metallico: se impiegate su am-
pie aree, il grafene con esse
prodotto è generalmente poli-
cristallino, circostanza che ne
degrada le caratteristiche elet-
tricheemeccanicheene limita
considerevolmente gli ambiti
applicativi.
Il processo è sicuramente pro-
mettente e rappresenta uno
dei progressi più significativi
degli ultimi tre anni nella corsa
al “grafene per le masse”, ma
resta ancora da vedere quanto
saranno consistenti i risparmi
in termini di costi di produzione
equalesarà la resaeffettivadel
processo.
EON
ews
n.
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-
aprile
2014
3
M
assimo
G
iussani
T
erza
P
agina
Unnuovoprocessomessoapunto
da ricercatori coreani rimuove
duedeimaggiori ostacoli allaproduzione
industrialedi grafenemonocristallino
L’avanzatadel
grafene
Graphene on
Germamium
(Fonte
Science)
