Grafeno de alta calidad para las aplicaciones en nanoelectrónica: retos actuales

Transcripción

1 Grafeno de alta calidad para las aplicaciones en nanoelectrónica: retos actuales JOSE MARIA DE TERESA Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, CSIC-Universidad de Zaragoza, Spain Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA), Instituto de Nanociencia de Aragón (INA), Universidad de Zaragoza, Zaragoza, 50018, Spain Foro sobre aplicaciones del grafeno, Zaragoza, 3 de abril de 2014

2 grafeno? Publicación clave: 2004 Science 306, 666 (2004)

3 Cuál es la escala de tiempo entre el descubrimiento básico y la salida al mercado de un producto? años es una escala típica

4 Aplicaciones del grafeno en el mercado en 2014 Raqueta Head YOUTEK Graphene Speed Pro (Precio: 191,91 ) La Graphene Speed Pro es perfecta para el juego agresivo desde la línea de fondo. Maria Sharapova VorbeckMaterials Circuitos basados en tinta de grafeno que resisten lavados con detergente ninguna de ellas parece la killer application

5 pero las oportunidades son gigantescas Samsung Galaxy Round, el primer teléfono con pantalla OLED curvada

6 => El grafeno se ha incorporado para siempre a la tabla periódica de los materiales Materiales basados exclusivamente en carbono grafeno

7 Unas aplicaciones no tienen nada que ver con otras ni en términos de fabricación del grafeno ni en términos de la propiedad físico-química del grafeno utilizada GRAFENO MONOCAPA SOBRE SUSTRATO ALTA MOVILIDAD ELECTRONICA, RELAJACION LENTA DEL ESPIN Aplicaciones en nanoelectrónica COMPOSITES RESISTENCIA MECANICA Y FLEXIBILIDAD Desarrollo de una nueva generación de condones financiado por la Fundación Gates

8 EN EL GRAFENO MÁS QUE EN NINGÚN OTRO MATERIAL El método de preparación determina las posibles aplicaciones Dada la aplicación, hay que seleccionar el método de preparación adecuado

9 Aplicaciones en nanoelectrónica: selección del método de preparación y del sustrato Las aplicaciones en nanoelectrónica normalmente estarán basadas en los mismos conceptos que la industria del silicio: trabajo a nivel de oblea y nanofabricación con litografía óptica Resolución=k / AN, hoy ~ 32 nm (NSR-S621D de Nikon) *k=0.25 * =193 nm (Ar laser) *NA=1.35 *Producción: 200 obleas/hora *Obleas de 200 y 300 mm de diámetro En ciertas aplicaciones puede ser posible la fabricación mediante litografía electrónica, litografía de iones, nanoimpresión, etc.

10 Métodos de fabricación de grafeno a nivel de oblea Método CVD Deposición química en fase vapor (CVD) a alta temperatura sobre sustratos metálicos (Cu, Ni, Ru ) Método SiC Segregación de carbono a alta temperatura en la superficie de obleas de SiC (carburo de silicio)

11 Métodos de fabricación de grafeno a nivel de oblea Método CVD Deposición química en fase vapor (CVD) a alta temperatura sobre sustratos metálicos (Cu, Ni, Ru ) + transferencia a otro sustrato

12 Métodos de fabricación de grafeno a nivel de oblea Método SiC Segregación de carbono a alta temperatura en la superficie de obleas de SiC (carburo de silicio) No necesita transferencia a otro sustrato Video de SiC obtenido en Titan, Zaragoza (R. Arenal) Emtsev et al., Nat. Mater. (2009) 8, 203 F. Ming et al., Journal of Physics D (2012) 45,

13 Métodos de fabricación de grafeno a nivel de oblea: dificultades (retos) Método CVD Deposición química en fase vapor (CVD) a alta temperatura sobre sustratos metálicos (Cu, Ni, Ru ) Método SiC Segregación de carbono a alta temperatura en la superficie de obleas de SiC (carburo de silicio) - Residuos procedentes de la transferencia - Sustratos sacrificados - Zonas con más de una capa de grafeno - Fronteras de grano y otros defectos - Sustrato caro - Fronteras de grano, terrazas y otros defectos - Zonas con más de una capa de grafeno

14 Propiedades electrónicas de grafeno crecido sobre SiC -Alta movilidad electrónica, lo que implica mayores densidades de corriente. -Alta velocidad de saturación, lo que implica que puede trabajar a frecuencias más altas. Lin et al., Science (2010) 327, 662

15 Aplicaciones de grafeno crecido sobre SiC CIRCUITOS INTEGRADOS DE ALTA FRECUENCIA DISPOSITIVOS PARA METROLOGIA - Metrología del ohmio a través del efecto Hall cuántico Janssen et al., New Journal of Physics (2011) 13, Lin et al., Science (2011) 332, Polivalencia fruto de que el SiC es buen conductor del calor y puede ser semiconductor activo

16 Aplicaciones de grafeno crecido sobre SiC DISPOSITIVOS ESPINTRÓNICOS DISPOSITIVOS PLASMÓNICOS - Basados en la interacción de la luz con las oscilaciones electrónicas colectivas (del grafeno), llamadas plasmones Chen et al., Nature (2012) 77, 487 Dlubak et al., Nat. Phys. (2012) 8, Polivalencia fruto de que el SiC es buen conductor del calor y puede ser semiconductor activo

17 Mapa de ruta de las aplicaciones de grafeno para dispositivos electrónicos Novoselov et al., Nature (2012) 490, 192

18 Iniciativas industriales de grafeno sobre SiC a nivel mundial - 2 empresas spin-off (USA y Suecia) - IBM -??

19 Iniciativas industriales de grafeno sobre SiC en España + capital inversor aragonés info@graphenenanotech.eu

20 Iniciativas industriales de grafeno sobre SiC en España CNM, Barcelona * CNM: centro nacional (ICTS) para micro- y nano-fabricación * Amplia experiencia en la realización de dispositivos basados en SiC para sensores y electrónica de potencia. * Amplia experiencia en el crecimiento de grafeno sobre SiC * Amplia experiencia en transferencia de tecnología * Investigador: Philippe Godignon ICMA INA, Zaragoza * LMA: laboratorio nacional (ICTS) para nano-caracterización de materiales y nanofabricación * Amplia experiencia en la caracterización de nanomateriales, nanofabricación y electrónica de espín * Experiencia en la temática del grafeno desde 2009 * Amplia experiencia en transferencia de tecnología * Investigadores: José María De Teresa, Ricardo Ibarra

21 Fabricación de dispositivos basados en grafeno exfoliado en ICMA-INA, Zaragoza Fan et al, Solid State Commun. 151, 1574 (2011) Michalik et al, Microel. Eng. 88, 2063 (2011)

22 Fabricación de dispositivos en ICMA-INA, Zaragoza basados en grafeno crecido por CVD (Graphenea) Cr/Au Grafeno

23 Resumen * Prometedoras aplicaciones del grafeno en el ámbito de la nanoelectrónica * Tecnología de grafeno sobre SiC muy bien situada para ser aplicada en nanoelectrónica * Industrialmente es un buen momento para posicionarse en esta tecnología Agradecimientos Inés Serrano Esparza, Jan Marek Michalik, Ricardo Ibarra, de ICMA INA (Zaragoza) y el Personal Técnico del LMA, Zaragoza Philippe Godignon, de CNM, Barcelona Agencias financiadoras: DGA, MINECO, EU GRACIAS POR SU ATENCION!

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25 Dispositivo OLED