Це наука: Новини з графенових полів

Відкриття графена – одновимірного напівпровідника – опис його властивостей в 2004 році заслужила своїх творців Geim і Novoselov Нобелівської премії в 2010 році, але за десять років після цього відкриття їх послідовники інтенсивно впроваджують і пропонують різні застосування такого унікального матеріалу: від змащування до вакуумних перетворювачів.

На початку цього року опубліковано статтю «Графен – життя чи смерть?», в якій ми вивчаємо перспективи та, в частині, наслідки поширеного впровадження графена як основи мікроелектроніки майбутнього. Ну, побачимо, що вчені можуть запропонувати нам сьогодні в рамках впровадження графена для заміни традиційних матеріалів.

Графен - одновимірний матеріал, що складається з ш2-гібридизованих вуглецевих атомів, що має ряд цікавих властивостей з точки зору фізики.

Найголовіші та унікальні з них – електротехнічні характеристики. Графен, з одного боку, має практично нульові розриви смуги і дуже легкі електрони і отвори, що робить його ідеальним провідником, здатний проводити сигнали швидше, ніж будь-який інший матеріал на планеті. Однак, сп2-гібридизація вуглецевих атомів також дозволяє її модифікація, отримання, наприклад, ізолятор або напівпровідник. Плюс, перехід між провідними і напівпровідними станами залежить від ширини графенової стрічки.



З іншого боку, вона пружна, тобто вона вигинає, демонструючи унікальну і непристойну міцність на розрив – до ~ 1000 ГПа, яка майже 100 разів вище сталі. І прокочується в трубці, графен є вуглецевим нанотрубком, який також може використовуватися в електронних пристроях; його діаметр може діапазон від 1,5 нм до сотні нм.

Нарешті, графен прозорий, тобто він просто ідеально підходить як заміна для дорогих – переважно через індію – ITO в сучасних дисплеїх і частково світлодіодах. Однак двовимірні системи не стійкі самостійно. Таким чином, проблема створення ідеально плоского графенового покриття на будь-якій поверхні є найскладнішим науково-технічним завданням.

Ймовірно з останнім майном і стартом.

Світлодіодний або графічний світлодіодний
Стрічка. Якщо розглядати світлодіод як такі (на лампах світла, наприклад), то це потенційно не вимагає субстрату ITO як електрод, це відносно вдало ручиться найтоншими металевими контактами (Я колись писав про це в окремій статті). Однак, якщо ви хочете створити дисплей на масиві світлодіодів, в цьому випадку, заміною ІТО є надзвичайно бажаним і корисним, в тому числі для поліпшення характеристик дисплея.

Таким чином, один з промислових методів покриття графена на різних підкладках є ПЕСВД (або плазмохімічне відкладення з газофази). Дана технологія складається з «ін'єкційного» газопроводу метану з подальшим обігрівом під дією радіочастотного випромінювання та відкладення вуглецю на холодну підкладку.

Тут група вчених Національного університету Сеул та озброєна цим методом покриття графена, що передбачає прямий шлях до створення яскраво-синього діодів, що обходяться на стадії передачі графена з підкладки до підкладки. У таких світлодіодах, дорогий ІТО замінюється більш дешевою графеновою підкладкою, а нітрид гліію використовується як легкий шар, який є певним стандартом для промисловості.

Ліворуч: Схема установки PECVD; схема розташування діоду і основні матеріали; характерна діодна вольтампер

Звичайно, в залежності від тривалості процесу PECVD можна отримати покриття з графена різної товщини і, відповідно, з різною світловою трансмісією. Однак мінімальна кількість шарів, як показано на малюнку нижче, дозволяє практично 100% передачу світла, що випускається світлодіодом, і, в результаті більший зовнішній струм виходу.

Шаровий пиріг світлодіода в розділі: від сапфірової підкладки до 5-6 шарів графена на поверхні світлодіода

Авторами також проводяться репродуктивне тестування та порівняння з традиційною технологією передачі графена з одного субстрату, як правило, використовується для росту в інший, який вже буде в кінцевому пристрої:

до Тест на відтворюваність результатів в одному циклі. д-е Порівняння світлодіодів на основі графену, отриманих шляхом прямого відкладення (DG) і передачі, перенесення графена з субстрату до субстрату (TG)

Результати говорять самі: з порівняно невеликим поширенням над вихідною потужністю, отримані світлодіоди впевнено випереджають звичайні, «стандартні» технології з точки зору максимальної потужності на даній струмі (у порівнянні з цифрою е).

Оригінальна стаття в ACSNano (DOI: 10.1021/nn405477f)

Основна проблема воістину зносостійкої електроніки, яка вбудована в одяг і не привертає увагу в будь-який спосіб, є поєднанням гнучкості з певними характеристиками. Для пошуку розв’язання задачі та присвячених їх роботам командам вчених наступні два статті.

В першу чергу автори Тайванської області запропонували цікавий спосіб створення польового транзистора на гнучкій підкладці, що може стати основою для спілкування між окремими елементами зносної електроніки.

Таким чином, нам потрібно графен, переведений на гнучку ПЕТ субстрат, трохи алюмінію, щоб зробити затвор і падіння життєздатного кисню. За допомогою літографії нанесіть алюмінієвий вимикач на смугу графена, а потім залиште пристрій в камері з парою додаткових обстановок чистого O2. Ми не робимо нічого, а хімія і дифузія зроблять все для нас, утворюючи запірний шар діелектрика між алюмінієм і графеном. Далі залишається тільки «пильки», тобто застосувати самі контакти.

Простота і цікава схема для виготовлення запірного діелектричного шару в графеновому перетворювачі

І вже готова збірка транзистора. Це те, що вона виглядає як через око електронного мікроскопа:

Оптична фотографія польової трансляторної підкладки (а) і зображень самих трансисторів, отриманих шляхом сканування електронної мікроскопії

Для того, щоб не відірвати читачів з досить нудними технічними деталями тестування цього зразка польового транзистора на основі графена, нехай я відразу звернутися до потенційних додатків розвитку. Авторами зібрано періодичний змішувач на основі польового перетворювача і випробувано його, в тому числі при механічних деформаціях.

Детальніше про принцип перетворювача частоти можна прочитати тут. Для короткого пояснення картини: LO є невідомою неможливою частотою, щодо якої виконується перетворення, RF є частотою, яка перетворюється / модулюється, IF використовується для забезпечення і отримання низьких і високих частотних сигналів.

(a) Принципова електронна схема змішувача частоти на основі польового транзистора. (b) Радіочастотний спектр. c-d) Радіочастотні характеристики

Що подарувати нам? І що це дає нам крихітний перетворний елемент технології RF, який можна використовувати, наприклад, для NFC зв'язку між, наприклад, індивідуальні пристрої всередині смарт-аку.

Оригінальна стаття в ACSNano (DOI: 10.1021/nn5036087)

І так як ми доторкнулися на тему зносостійкої електроніки, повернемо до прикладу створення польових перетворювачів на тканинах на основі графена.

Ще однією групою південнокорейських науковців запропоновано метод створення графенових ультратонких транзисторів на полімерній підкладці, що складається з спеціального епоксиду.

По-перше, тонкий шар полімеру (СУ-8) наноситься на звичайний силіконовий субстрат, покритий шаром кремнієвого діоксиду, на якому перепірники з графена вже «маркуються», а потім шар SiO2 просто розчиняють, таким чином розділяють найтонші плівки з підкладки. У цьому випадку можна перенести на практично будь-яку поверхню, включаючи тканину або шкіру. Загальна товщина плівки менше 100 нм!

Процес створення тонкої плівки з ультратонкими польовими перетворювачами

Однак, які проблеми чекають нас в такому перевезенні? Правильно, це не однорідність поверхні: викривлення, тріщини, тріщини - все, що може бути присутнім на тканинних поверхнях. Після того, як змінюється геометрія транзистора, ми тим самим змінюємо свої транспортні властивості, в тому числі рухливість зарядів або розподіл електричного поля на воротах, тобто виходить, що при однаковій номінальній напрузі, транзистор в гнутому стані раптово почне проходити струм, в той час як в недеформованому стані він буде зафіксувати.

На щастя, всі ці проблеми були уникнені, в результаті виявилося, що позиція транзистора (у вигину або на плоскій поверхні тканини) не істотно впливає на електропровідність самого транзистора.

Тестування транзисторів в різних місцях

Як і вигин, розтягуючи, складаючи тканину навпіл:

Тестування транзисторів при згинанні, розриві і розтягування

І без зцілення вчені вирішили використовувати розвинену технологію для створення тактильного датчика, здатний розпізнати дотик 9 кПа, що еквівалентно тиску 0,1 атмосфери або 100 грам сили на см2:

Датчик тактильний здатний розпізнати 0,1 кг/см2

Ця технологія може знайти додатки в смарт-одягі, так як вона не вимагає спеціального обладнання для застосування (як кажуть, пасуються і забуті), включаючи в плані зносних і без дискомфортних датчиків серця, рівнів кисню і так далі. Але, можливо, – про які пекарні корейські вчені не завадять – допоможуть біороботи та біопрепарати набути тактильних відчуттів.

Оригінальна стаття в ACSNano (DOI: 10.1021/nn503446f) Коли чекати перших промислових пристроїв на основі графена? за 2 роки ми впораємо не менше 3-5 років більше 5 років Ніколи, графен не може подолати кремнієвий лобі Тільки зареєстровані користувачі можуть брати участь у опитуванні. Приходьте, будь ласка, 109 осіб проголосували. 17 человек. Чи будуть наведені світлодіоди на основі графену без використання ITO (в дисплеїх, наприклад)? Так, якщо їх ціна нижча, ніж традиційна з порівняльними характеристиками Так, навіть якщо їх ціна вище Ні, за рахунок низької надійності No, за рахунок бідних, «недостатних» характеристик Тільки зареєстровані користувачі можуть брати участь у опитуванні. Приходьте, будь ласка, 75 осіб проголосували. 37 затриманий. Як ви відчуваєте про гнучкі та зносні електронні пристрої? Я думаю, що це добре. Я думаю, що це добре, але я не буду використовувати його – я не хочу Google, щоб дізнатися мій імпульс. Приходьте, будь ласка, 102 осіб проголосували. 19 человек.

Джерело: habrahabr.ru/post/234401/