Röntgenscans hebben een revolutie teweeggebracht in medische behandelingen door ons in staat te stellen in mensen te kijken zonder operatie. evenzo, terahertz-spectroscopie dringt door in grafeenfilms, waardoor wetenschappers gedetailleerde kaarten kunnen maken van hun elektrische kwaliteit, zonder het materiaal te beschadigen of te vervuilen. Het Graphene Flagship bracht onderzoekers uit de academische wereld en de industrie samen om deze analytische techniek te ontwikkelen en te laten rijpen. en nu is er een nieuw meetinstrument voor de karakterisering van grafeen klaar.

De inspanning was mogelijk dankzij de samenwerkingsomgeving die mogelijk werd gemaakt door het Graphene Flagship European-consortium, met deelname van wetenschappers van Graphene Flagship-partners DTU, Denemarken, IIT, Italië, Aalto-universiteit, Finland, AIXTRON, VK, imec, België, grafeen, Spanje, Universiteit van Warschau, Polen, en Thales R&T, Frankrijk, evenals medewerkers in China, Korea en de VS.

Grafeen wordt vaak 'ingeklemd' tussen veel verschillende lagen en materialen voor gebruik in elektronische en fotonische apparaten. Dit bemoeilijkt het proces van kwaliteitsbeoordeling. Terahertz-spectroscopie maakt dingen gemakkelijker. Het brengt de ingekapselde materialen in beeld en onthult de kwaliteit van het onderliggende grafeen, het blootstellen van onvolkomenheden op kritieke punten in het fabricageproces. Het is een snelle, niet-destructieve technologie die de elektrische eigenschappen van grafeen en gelaagde materialen onderzoekt, zonder direct contact.

De ontwikkeling van karakteriseringstechnieken zoals terahertz-spectroscopie is van fundamenteel belang voor het versnellen van grootschalige productie, omdat ze garanderen dat apparaten met grafeen consistent en voorspelbaar worden gemaakt, zonder gebreken. Kwaliteitscontrole gaat vooraf aan vertrouwen. Dankzij andere ontwikkelingen die zijn gepionierd door het Graphene Flagship, zoals roll-to-roll productie van grafeen en gelaagde materialen, fabricagetechnologie is klaar om de volgende stap te zetten. Met Terahertz-spectroscopie kunnen we de grafeenproductie opvoeren zonder de kwaliteit uit het oog te verliezen.

"Dit is de techniek die we nodig hadden om de productieniveaus met hoge doorvoer te evenaren die mogelijk worden gemaakt door het Graphene Flagship, ", legt Peter Bøggild van Graphene Flagship-partner DTU uit. "We zijn ervan overtuigd dat terahertz-spectroscopie bij de productie van grafeen net zo routine zal worden als röntgenscans in ziekenhuizen, "voegt hij eraan toe. "In feite, dankzij terahertz-spectroscopie kun je zelfs grafeenmonsters op meterschaal gemakkelijk in kaart brengen zonder ze aan te raken, wat met sommige andere state-of-the-art technieken niet mogelijk is." het Graphene Flagship bestudeert momenteel hoe terahertz-spectroscopie rechtstreeks kan worden toegepast in roll-to-roll grafeenproductielijnen, en de beeldvorming versnellen.

Samenwerking was de sleutel tot deze prestatie. Graphene Flagship-onderzoekers in academische instellingen werkten nauw samen met toonaangevende grafeenfabrikanten zoals Graphene Flagship-partners AIXTRON, Grafeen en IMEC. "Dit is de beste manier om ervoor te zorgen dat onze oplossing relevant is voor onze eindgebruikers, bedrijven die grafeen en gelaagde materialen maken op industriële schaal, " zegt Bøggild. "Onze publicatie is een uitgebreide casestudy die de veelzijdigheid en betrouwbaarheid van terahertz-spectroscopie voor kwaliteitscontrole benadrukt en onze collega's zou moeten begeleiden bij het toepassen van de techniek op veel industrieel relevante substraten zoals silicium, saffier, siliciumcarbide en polymeren", voegt hij eraan toe.

Het stellen van normen is een belangrijke stap voor de ontwikkeling van elk nieuw materiaal, om ervoor te zorgen dat het veilig is, echt en zal een prestatie bieden die zowel betrouwbaar als consistent is. Daarom heeft het Graphene Flagship een speciale werkgroep gericht op de standaardisatie van grafeen, meet- en analysetechnieken en fabricageprocessen. De nieuw ontwikkelde methode voor terahertz-spectroscopie ligt op schema om een ​​standaard technische specificatie te worden, dankzij het werk van de Graphene Flagship Standardization Committee. "Dit zal ongetwijfeld de acceptatie van deze nieuwe technologie versnellen, omdat het zal schetsen hoe analyse en vergelijking van grafeenmonsters op een reproduceerbare manier kunnen worden gedaan, " legt Peter Jepsen van Graphene Flagship Partner DTU uit, wie co-auteur is van het onderzoek. "Terahertz-spectroscopie is weer een volgende stap om het vertrouwen in grafeen-compatibele producten te vergroten, " concludeert hij.

Amaia Zurutuza, co-auteur van de paper en wetenschappelijk directeur bij Graphene Flagship-partner Graphenea, zegt:"Bij Graphenea, we zijn ervan overtuigd dat terahertz-beeldvorming de ontwikkeling van kwaliteitscontroletechnieken mogelijk maakt die in staat zijn om te voldoen aan de productie-doorvoervereisten en relevante informatie over de grafeenkwaliteit te bieden, wat essentieel is op ons pad naar de succesvolle industrialisatie van grafeen."

Thurid Gspann, de voorzitter van de Graphene Flagship Standardization Committee, zegt, "Deze terahertz [spectroscopie]-techniek zal naar verwachting op grote schaal worden toegepast door de industrie. Er is geen specifieke monstervoorbereiding voor nodig en het is een kaarttechniek waarmee men grote gebieden op een tijdbesparende manier kan analyseren."

Marco Romagnoli, Graphene Flagship Division Leader voor elektronica en fotonica-integratie, voegt toe, "De terahertz-spectroscopietool voor toepassing op waferschaal is een state-of-the-art, hoog TRL-systeem om meerlagige stapels op wafers te karakteriseren die CVD-grafeen bevatten. Het werkt in korte tijd en met een goede nauwkeurigheid, en geeft de belangrijkste parameters van belang, zoals vervoerdermobiliteit, geleidbaarheid, verstrooiingstijd en dragerdichtheid. Deze hoogwaardige technische prestatie is ook een voorbeeld van het voordeel om deel uit te maken van een groot samenwerkingsproject zoals het Graphene Flagship."

Andrea C. Ferrari, Science and Technology Officer van het Graphene Flagship en voorzitter van het managementpanel, voegt toe, "Nogmaals, Graphene Flagship-onderzoekers pionieren met een nieuwe karakteriseringstechniek om de ontwikkeling van grafeentechnologie te vergemakkelijken. Dit helpt ons gestaag vooruitgang te boeken op onze innovatie- en technologieroutekaart en zal de industriële opname van grafeen in een breed scala aan toepassingen ten goede komen."