Het National Physical Laboratory (NPL) heeft samengewerkt met Chalmers University of Technology en Linköping University in Zweden om een ​​snelle en goedkope tool te helpen ontwikkelen voor kwaliteitscontrole van grafeen dat op siliciumcarbide is gegroeid.

Grafeen werd oorspronkelijk gemaakt met behulp van een methode die 'exfoliatie' wordt genoemd, waarbij grafiet uit elkaar wordt getrokken, bijvoorbeeld met plakband, totdat je een koolstoflaag van één atoom dik overhoudt. Hoewel dit grafeen van hoge kwaliteit produceert, de methode is niet geschikt voor massaproductie en commerciële toepassingen.

Een alternatieve methode is om grafeen bij hoge temperatuur epitaxiaal (in lagen) uit een kristal van siliciumcarbide te laten groeien. NPL en medewerkers hebben recentelijk op deze manier gekweekt grafeen gebruikt om een ​​superieure kwantum Hall-weerstandsstandaard te ontwikkelen. Echter, om de productie van grafeen op te voeren tot het niveau en de perfectie die de elektronica-industrie vereist, snelle en goedkope meetinstrumenten voor kwaliteitscontrole zijn vereist.

De nieuwe kwaliteitscontroletechniek, gepubliceerd in Nano-letters , is gebaseerd op optische microscopie en kan worden gebruikt om het effect van het siliciumcarbidesubstraat op de kwaliteit van de grafeenlaag te begrijpen. Eerder werd gedacht dat het contrast van grafeen op siliciumcarbide te laag was om direct met een optische microscoop waar te nemen. Maar, door optische beelden te analyseren en te vergelijken met elektrische metingen, de techniek was in staat om afzonderlijke grafeenlagen te identificeren die slechts 0,3 nanometer dik waren.

In een praktische demonstratie de onderzoekers bouwden grafeenapparaten op specifieke delen van het siliciumcarbide, die ze hebben gelokaliseerd met behulp van de optische microscopietechniek. Naast het identificeren van enkele lagen grafeen, ze waren in staat om kenmerken zoals getrapte terrassen op het siliciumcarbidesubstraat en gebieden van meerlagig grafeen te visualiseren. Vervolgens testten ze de elektrische eigenschappen van de apparaten die op elk gebied waren gebouwd. De resultaten bevestigden het vermogen van de optische microscoop om gebieden met verschillende topografie en laagdekking van het grafeen te detecteren.

Dit onderzoek laat zien hoe optische microscopie defecten kan detecteren tijdens de groei van grafeen op siliciumcarbide. De geproduceerde resultaten zijn vergelijkbaar met andere meer ontwikkelde technieken, maar zijn sneller te verkrijgen en niet-invasief. Dit maakt de optische microscopietechniek een uitstekende kandidaat voor industriële kwaliteitscontrole.

De bijdrage van NPL aan het project was het kwantificeren van de optische beelden en het valideren van de optische microscopiegegevens met behulp van gevestigde technieken zoals scanning Kelvin-sondemicroscopie. Dit werk werd ondersteund door het project ConceptGraphene van het zevende kaderprogramma van de EU (FP7) en het IRD-grafeenproject van het Britse National Measurement Office.

NPL is onlangs lid geworden van de Graphene Stakeholders Association om de verantwoorde ontwikkeling van grafeen en grafeen-technologieën te promoten.

Meer over NPL's werk over grafeen.