Grafeen is een van de meest veelbelovende materialen voor geavanceerde elektronica vanwege zijn buitengewone chemische en fysische eigenschappen. De interactie tussen het grafeenrooster en licht opent de weg voor de ontwikkeling van nieuwe apparaten met superieure functionaliteit. Hoe dan ook, technologie die wordt gebruikt voor traditionele siliciumelektronica is onwaarschijnlijk geschikt voor grafeen. Fotolithografie is het belangrijkste proces bij de productie van halfgeleiders, met behulp van polymeren en vloeistoffen die de oorspronkelijke eigenschappen van grafeen drastisch kunnen veranderen. De nieuwe maskerloze methoden zijn in actieve ontwikkeling in grafeentechnologie.

Een internationaal team van onderzoekers van de National Research University of Electronic Technology (Rusland), Forschungszentrum Jülich (Duitsland) en AIMEN Technologisch centrum (Spanje) hebben een directe schrijfmethode voor grafeenmodificatie ontwikkeld. De auteurs gebruiken de ultrasnelle laserfunctionalisatie van enkellaags CVD-grafeen voor maskerloze fabricage van apparaten op micro- en nanoschaal. De auteurs suggereren dat de femtosecondelaser een fotochemische reactie biedt (reactie die alleen wordt gestart onder blootstelling aan licht) op het gebied van lasersport op grafeen, wat leidt tot de modificatie ervan door oxidatieve groepen. Deze groepen wijzigen de elektrische en optische eigenschappen van grafeen drastisch en zorgen voor functionele ontwikkeling van apparaten in het vliegtuig zonder gebruik te maken van ingewikkelde maskergebaseerde technologie.

De auteurs produceerden p-p+ juncties in grafeen-veldeffecttransistoren via fs-laserpulsen. De gefabriceerde fotodetectoren werken bij kamertemperatuur en hebben geen externe koeling nodig. De hoogste fotoresponsiviteit van 100 mA/W werd waargenomen in gemodificeerde structuren.

Deze studie biedt een eerste stap in de voortgang van volledig maskerloze methoden voor de verwerking van nieuwe nanomaterialen. Het veranderen van de omgeving tijdens fs-laserbehandeling kan leiden tot een andere functionalisering van het grafeenoppervlak. Aanvullend, andere 2D-materialen zoals fosforeen bieden een zeer goede fotochemische activiteit en kunnen op dezelfde manier worden verwerkt. De studie toont aan dat de volledig geïntegreerde fotodetector met hoge verantwoordelijkheid, laag geluidsniveau, en een hoog lineair dynamisch bereik is mogelijk door maskerloze patronen op grafeenoppervlakken door ultrasnelle laserverwerking.

De onderzoekers bespreken hun technologie verder in ACS Fotonica , een publicatie van de American Chemical Society.