Wachstum von Graphen und Anhaftung an Siliziumwafern

Forscher der National University of Singapore haben ein Verfahren vorgestellt, mit dem Graphen über einen Wachstumsprozess auf Siliziumscheiben aufgefilmt werden kann, was die Effektivität der Übertragung des Materials von Angesicht zu Angesicht erhöht. Ähnlich wie bei der Filmadhäsion von Wasser breitet sich das Graphen exponentiell auf einer Siliziumoberfläche aus und bedeckt diese vollständig. Das Verfahren revolutioniert die Methodik, mit der Graphen für technologische Zwecke aufgeklebt wird.

Graphen auf einer Siliziumscheibe

Dieses neue Verfahren ist das erste, bei dem Graphen nicht nur übertragen, sondern auch auf Siliziumscheiben und -chips reproduziert wird. Damit wird vom Industriestandard des Auftragens abgewichen, bei dem flüssiges Graphen auf Silizium gerollt wird und dann trocknen kann. Diese Standardmethode wurde zwar für die Entwicklung von Graphenblättern mit einer Länge von bis zu 30 Zoll verwendet, verursachte jedoch Probleme, da sich während des Schichtungsprozesses Verunreinigungen und Defekte bilden konnten. Falten, Risse und Runzeln gehörten zum Standard, und mangels zuverlässigerer Methoden waren Produktverluste akzeptabel. Dies hat sich nun mit der Wachstums- und Transfermethode geändert.

Bei diesem Verfahren wird ein Keim aus Graphen auf eine Siliziumbasis geklebt, die dann exponentiell mit natürlichen Parametern wachsen kann, um einen Raum zu füllen. Das Graphen verhält sich wie eine fast organische Reaktion und breitet sich über sein Wachstumsmedium aus, um die Siliziumoberfläche zu bedecken und zu beschichten. Dieser Prozess reduziert die Verunreinigungen, die beim Aufwalzen hinzukommen, und verschafft dem Graphen einen Vorteil bei der Schaffung neuer Oberflächen. Die durchgeführte Bonus-Forschung, die sich zwar in erster Linie auf die Siliziumhaftung konzentriert, deutet darauf hin, dass Graphen durchaus auch als Wachstumshaftung für andere Materialien verwendet werden kann.

DerBeweis im Pudding

In der Untersuchungs- und Versuchsphase wurden dünne Graphenbänder auf Siliziumbasisstrukturen aufgebracht und mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie das Wachstumspotenzial erfasst. Gleichzeitig leiteten Elektroden Ladungen durch die wachsende Oberflächenplatte, um die Leitfähigkeit zu messen und so sicherzustellen, dass am Ende des Experiments ein lebensfähiges Produkt vorliegt. Dieses zeitgleiche Experiment zeigte keinen Verlust an Leitfähigkeit während des Prozesses, was beweist, dass das Verfahren eine praktikable Lösung für die zuvor verwendeten Walz- und Trockenmethoden darstellt.

Zweifellos wird dieses neue Verfahren zum Aufbringen von Graphen auf Siliziumwafern die Branche revolutionieren, denn es bietet unmittelbare Vorteile in Form von geringeren Verunreinigungen, einem geringeren Arbeitsaufwand für das Aufbringen und einer höheren Rentabilität aufgrund der kürzeren Anwendungszeit.