Elektronik med grafen-nanoband och organiska nanofibrer
- Diarienummer
- IS14-0053
- Start- och slutdatum
- 150101-201231
- Beviljat belopp
- 3 750 000 kr
- Förvaltande organisation
- Chalmers University of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Detta förslag syftar till att utveckla elektroniska komponenter på wafer-skala baserade på grafen-nanoband och lågdimensionella organiska nanofibrer. Vi ämnar använda den teknologi för grafenframställning som har utvecklats vid Graphensic AB för att kontaktera organiska nanofibrer. Huvudsakligen kommer vi att utveckla och utvärdera en ny process för mall-styrd tillverkning av nanoband av grafen, vilken kommer att utgöra basen för grafen-baserade transistorer. Hybrida kretsar med grafen och lågdimensionella polymera nanofibrer kommer att ge en möjlighet att utveckla och bredda applikationsområdet för grafen-baserade kretsar, vilket möjliggör tillverkning av sensorer och optoelektroniska kretsar på wafer-skala. Vi planerar att kombinera expertis från Professor Yung Woo Parks grupp inom organiska polymera nanofibrer, kunskap om epitaxiell framställning av grafen hos Graphensic AB, samt expertisen hos Sergey Kubatkins grupp kring tillverkning av elektroniska kretsar av grafen, för att utveckla storskalig produktion av komponenter baserade på dessa material. Graphensic AB kommer att, i början på 2015, installera en högtemperaturerreaktor i renrummet på Chalmers Universitet. Samtidigt som reaktorn kommer att användas till att utveckla tillverkningen av grafen-nanoband, kommer även grafenfilmer att produceras av Graphensic AB för att täcka detta projektets behov. Dessa filmer kommer att användas för att kontaktera kretsar baserade på organiska nanofibrer.
Populärvetenskaplig beskrivning
Vi ämnar kombinera nanoband i grafen med polymera nanofibrer för att framställa nya komponenter i “skivformat”,tex sensorer och optoelektronik. Uniforma grafenskikt över stora SiC skivor kommer att optimeras. För många elektroniktillämpningar behövs ett bandgap, som ren grafen inte har. Nanobreda band borde ha bandgap men de som uppmätts kommer snarare från defekter i bandet än från kontrollerbar dimensionsbegränsning. Det har föreslagits en ny (kontroversiell) metod att tillverka defektfria nanoband på kanten av tunna steg, som mönstrats på SiC-ytan innan ett lager Si kokas bort. Vi har indikationer på att framställningstrick kan ge band med energigap, vilket vore ett mycket stort steg framåt. Grafen är kompatibel med organiska material och ger utmärkta elektroder för polymera strukturer. Vi kombinerar de två materialen till komponenter som bl.a. kan användas som gas och biokompatibla sensorer. Vi är två universitetsgrupper och ett litet företag med kompletterande kompetenser. YungWoo Park vid Koreas främsta universitet deltog redan som student i det arbete, som gav Nobelpris för ledande polymerer. Hans laboratorium framställer, processar och karakteriserar låg-dimensionella polymerstrukturer. Graphensic AB vidareutvecklar den teknologi som tagits fram i Linköping för epitaxiell grafen från SiC. Sergey Kubatkin på Chalmers har visat att dessa grafenskikt är närmast perfekta över stora ytor (skivor av SiC) och har mönstrat dem till strukturer, som visar kvantiserad Hall-effekt. Tillsammans med Englands metrologiska institut, NPL, har den första (och enda) ”riktiga” elektroniktillämpningen av grafen demonstrerats – en resistansnormal, som tar över precisionsmätningar och som ger inträde till kompetenta samarbetspartners. Genom EUs flaggskepp Grafen fås också ett viktigt kontaktnät. Park utnyttjar ofta det amerikanska magnetlaboratoriet för höga fält och leder planerna på ett nationellt koreanskt center. Unik nanofabrikation vid MC2 kan användas. Graphensic installerar reaktor i det rena rummet. Grupperna har tillgång till ett batteri av avancerade instrument för karakterisering och experiment. Samarbetet omfattar syntes av epi-grafen på skivnivå, nanoband av grafen, kompletterande CVD (tillväxt, karakterisering, mönstring), fälteffekttransistorer, dispersion av polymera trådar på mönstrad grafen, hybrider och sensorer. Lyckade resultat breddar Graphensics produktområde från specialiserade normaler till en mängd (gas-biokompatibla, opto-etc) sensorer.