Onderzoekers van de Universiteit van Surrey hebben een nieuwe methode onthuld waarmee gewone scanningelektronenmicroscopen in laboratoria grafeen in realtime over een microchipoppervlak kunnen zien groeien.

Deze ontdekking, gepubliceerd in ACS Applied Nano Materials, zou een pad kunnen creëren om de groei van grafeen in productiefabrieken te beheersen en te leiden tot de betrouwbare productie van grafeenlagen.

Afzien van het gebruik van dure op maat gemaakte systemen, de nieuwe techniek produceert niet alleen betrouwbaar grafeenplaten, maar maakt het ook mogelijk om snelwerkende katalysatoren te gebruiken die de groeitijden van enkele uren tot slechts enkele minuten verkorten.

Met behulp van videobeelden, het team van Surrey's Advanced Technology Institute (ATI) heeft laten zien dat grafeen groeit boven een ijzeren katalysator, met behulp van een siliciumnitridemembraan geproduceerd in een siliciumchip. Het membraan is slechts enkele tientallen nanometers dun, en verwarming en koeling kunnen snel worden geregeld door middel van het moduleren van een elektrisch signaal dat naar de ijzerlaag wordt gestuurd. Dit werkt zowel als een katalysator als als een elektrische weerstand om de warmte te leveren.

De beeldvorming maakt gebruik van contrast op Fermi-niveau om dopingniveaus van grafeen te visualiseren. Dit contrastmechanisme kan worden gebruikt om het elektrische contactpunt tussen aangrenzende grafeenvlokken te identificeren. Deze beeldvorming laat ook zien dat fysiek contact tussen vlokken alleen niet voldoende is om elektronisch contact te vormen, wat suggereert dat extra binding nodig is voordat elektronen van vlok naar vlok kunnen springen.

Professor Ravi Silva, directeur van ATI en hoofd van het Nano-Electronics Center aan de Universiteit van Surrey, zei, "Grafeen, het wondermateriaal van de 21e eeuw, heeft het afgelopen decennium veel geschreven over zijn unieke en opmerkelijke eigenschappen. Het zal veel worden gebruikt als het vakkundig kan worden gehanteerd en gemakkelijk in toepassingen kan worden geplaatst. Om dit te doen, er moeten routes zijn om grafeen te observeren en het precies op apparaten te plaatsen. In de onderzoekspaper, een voorbeeld van zo'n route - met behulp van een standaard elektronenmicroscoop die te vinden is in de meeste goed uitgeruste laboratoria - wordt geïllustreerd. We hopen dat dit werk veel meer toepassingen en ontdekkingen van grafeen voor praktisch gebruik zal aanmoedigen."

Dr. José Anguita, cleanroommanager bij ATI aan de Universiteit van Surrey, zei:"Door het grafeen dat we in realtime produceren te kunnen zien en beheersen, zijn we een belangrijke stap dichter bij massale commercialisering en productie van grafeen voor elektronische apparaten."