Materiaalonderzoekers van de North Carolina State University hebben een techniek ontwikkeld waarmee ze grafeen kunnen integreren, grafeenoxide (GO) en gereduceerd grafeenoxide (rGO) op siliciumsubstraten bij kamertemperatuur met behulp van nanoseconde gepulseerde lasergloeien. Het voorschot verhoogt de mogelijkheid om nieuwe elektronische apparaten te maken, en de onderzoekers zijn al van plan om de techniek te gebruiken om slimme biomedische sensoren te maken.

Bij de nieuwe techniek onderzoekers beginnen met een siliciumsubstraat. Ze vullen dat aan met een laag monokristallijn titaniumnitride, met behulp van domeinafstemmingsepitaxie om ervoor te zorgen dat de kristallijne structuur van het titaniumnitride is uitgelijnd met de structuur van het silicium. Onderzoekers plaatsen vervolgens een laag koper-koolstof (Cu-2,0 atoomprocent C) legering bovenop het titaniumnitride, opnieuw met behulp van domeinovereenkomstige epitaxie. Eindelijk, de onderzoekers smelten het oppervlak van de legering met laserpulsen van nanoseconden, die koolstof naar de oppervlakte trekt.

Als het proces in een vacuüm wordt uitgevoerd, de koolstof vormt zich op het oppervlak als grafeen; als het in zuurstof wordt gedaan, het vormt GO; en indien gedaan in een vochtige atmosfeer gevolgd door een vacuüm, het vormt als rGO. In alle drie de gevallen de kristallijne structuur van de koolstof is uitgelijnd met de onderliggende koper-koolstoflegering.

"We kunnen controleren of de koolstof een of twee monolagen vormt op het oppervlak van het materiaal door de intensiteit van de laser en de diepte van het smelten te manipuleren, " zegt Jay Narayan, de John C. Fan Distinguished Chair Professor of Materials Science and Engineering bij NC State en senior auteur van een paper waarin het werk wordt beschreven.

"Het proces is eenvoudig op te schalen, " zegt Narayan. "We hebben wafels gemaakt van vijf centimeter in het vierkant, en zou ze gemakkelijk veel groter kunnen maken, met behulp van lasers met een hogere Hertz. En dit alles gebeurt op kamertemperatuur, wat de kosten drukt."

Grafeen is een uitstekende geleider, maar het kan niet als halfgeleider worden gebruikt. Echter, rGO is een halfgeleidermateriaal, die kunnen worden gebruikt om elektronische apparaten te maken, zoals geïntegreerde slimme sensoren en optisch-elektronische apparaten.

"We hebben de techniek al gepatenteerd en zijn van plan deze te gebruiken om slimme biomedische sensoren te ontwikkelen die zijn geïntegreerd met computerchips, ' zegt Narayan.

De krant, "Waferschaalintegratie van gereduceerd grafeenoxide door nieuwe laserverwerking bij kamertemperatuur in lucht, " werd op 9 september gepubliceerd in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde .