Grafeno de alta calidad para las aplicaciones en ... · Aplicaciones del grafeno en el mercado en...
Transcript of Grafeno de alta calidad para las aplicaciones en ... · Aplicaciones del grafeno en el mercado en...
JOSE MARIA DE TERESA
Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, CSIC-Universidad de Zaragoza, Spain
Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA), Instituto de Nanociencia de Aragón (INA), Universidad de Zaragoza, Zaragoza, 50018, Spain
Grafeno de alta calidad para las aplicaciones en nanoelectrónica: retos actuales
Foro sobre aplicaciones del grafeno, Zaragoza, 3 de abril de 2014
¿Cuál es la escala de tiempo entre el descubrimiento básico y la salida al mercado de un producto?...
1988
1997
…10 años es una escala típica
Aplicaciones del grafeno en el mercado en 2014…
Raqueta Head YOUTEK GrapheneSpeed Pro (Precio: 191,91 €)
La Graphene Speed Pro es perfecta para el juego agresivo desde la
línea de fondo. Maria Sharapova
VorbeckMaterials
Circuitos basados en tinta de grafeno que resisten lavados con
detergente
…ninguna de ellas parece la “killer application”…
…pero las oportunidades son gigantescas
Samsung Galaxy Round, el primer teléfono con pantalla
OLED curvada
=> El grafeno se ha incorporado para siempre a la “tabla periódica de los materiales”
grafeno
Materiales basados exclusivamente en carbono
Unas aplicaciones no tienen nada que ver con otras ni en términos de fabricación del grafeno ni en términos de la
propiedad físico-química del grafeno utilizada
Desarrollo de una nueva generación de condones financiado por la Fundación Gates
RESISTENCIA MECANICA Y FLEXIBILIDAD
COMPOSITES
ALTA MOVILIDAD ELECTRONICA, RELAJACION
LENTA DEL ESPIN
GRAFENO MONOCAPA
SOBRE SUSTRATO
Aplicaciones en nanoelectrónica
El método de preparación determina las posibles aplicaciones
Dada la aplicación, hay que seleccionar el método de preparación adecuado
EN EL GRAFENO MÁS QUE EN NINGÚN OTRO MATERIAL…
Aplicaciones en nanoelectrónica: selección del método de preparación y del sustrato
Las aplicaciones en nanoelectrónica normalmente estarán basadas enlos mismos conceptos que la industria del silicio: trabajo a nivel de obleay nanofabricación con litografía óptica
Resolución=k / AN, hoy ~ 32 nm(NSR-S621D de Nikon)
*k=0.25
*=193 nm (Ar laser)
*NA=1.35
*Producción: 200 obleas/hora
*Obleas de 200 y 300 mm de diámetro
En ciertas aplicaciones puede ser posible la fabricación mediantelitografía electrónica, litografía de iones, nanoimpresión, etc.
Métodos de fabricación de grafeno a nivel de oblea
Deposición química en fase vapor (CVD) a alta
temperatura sobre sustratos metálicos (Cu, Ni, Ru…)
Segregación de carbono a alta temperatura en la
superficie de obleas de SiC (carburo de silicio)
Método CVD Método SiC
Métodos de fabricación de grafeno a nivel de oblea
Método CVDDeposición química en fase
vapor (CVD) a alta temperatura sobre sustratos
metálicos (Cu, Ni, Ru…)
+ transferencia a otro sustrato
Métodos de fabricación de grafeno a nivel de oblea
Método SiC
F. Ming et al., Journal of Physics D (2012) 45, 154007
Video de SiC obtenido en Titan, Zaragoza (R. Arenal)
Segregación de carbono a alta temperatura en la
superficie de obleas de SiC (carburo de silicio)
Emtsev et al., Nat. Mater. (2009) 8, 203
No necesita transferencia a otro sustrato
Métodos de fabricación de grafeno a nivel de oblea: dificultades (retos)
Método CVD Método SiC
- Residuos procedentes de la transferencia
- Sustratos sacrificados
- Zonas con más de una capa de grafeno
- Fronteras de grano y otros defectos
- Sustrato caro
- Fronteras de grano, terrazas y otros defectos
- Zonas con más de una capa de grafeno
Segregación de carbono a alta temperatura en la
superficie de obleas de SiC(carburo de silicio)
Deposición química en fase vapor (CVD) a alta
temperatura sobre sustratos metálicos (Cu, Ni, Ru…)
Propiedades electrónicas de grafeno crecido sobre SiC
-Alta movilidad electrónica, lo que implica mayores densidades de corriente.
-Alta velocidad de saturación, lo que implica que puede trabajar a frecuencias más altas.
Lin et al., Science (2010) 327, 662
Aplicaciones de grafeno crecido sobre SiC
CIRCUITOS INTEGRADOS DE ALTA FRECUENCIA
DISPOSITIVOS PARA METROLOGIA
Lin et al., Science (2011) 332, 1294
Janssen et al., New Journal of Physics (2011) 13, 093026
- Metrología del ohmio a través del efecto Hall cuántico
+ Polivalencia fruto de que el SiC es buen conductor del calor y puede ser
semiconductor activo
Aplicaciones de grafeno crecido sobre SiC
DISPOSITIVOS ESPINTRÓNICOS
DISPOSITIVOS PLASMÓNICOS
Dlubak et al., Nat. Phys. (2012) 8, 557
+ Polivalencia fruto de que el SiC es buen conductor del calor y puede ser
semiconductor activo
- Basados en la interacción de la luz con las oscilaciones electrónicas colectivas (del grafeno), llamadas plasmones
Chen et al., Nature (2012) 77, 487
Mapa de ruta de las aplicaciones de grafeno para dispositivos electrónicos
Novoselov et al., Nature (2012) 490, 192
Iniciativas industriales de grafeno sobre SiCa nivel mundial
- 2 empresas spin-off (USA y Suecia)
- IBM
- ??
www.graphenenanotech.eu
Iniciativas industriales de grafeno sobre SiC en España
+ capital inversor aragonés
Iniciativas industriales de grafeno sobre SiC en España
* CNM: centro nacional (ICTS) para micro- y nano-fabricación
* Amplia experiencia en la realización de dispositivos basados en SiC para sensores y electrónica de potencia.
* Amplia experiencia en el crecimiento de grafeno sobre SiC
* Amplia experiencia en transferencia de tecnología
* Investigador: PhilippeGodignon
* LMA: laboratorio nacional (ICTS) para nano-caracterización de materiales y nanofabricación
* Amplia experiencia en la caracterización de nanomateriales, nanofabricación y electrónica de espín
* Experiencia en la temática del grafeno desde 2009
* Amplia experiencia en transferencia de tecnología
* Investigadores: José María De Teresa, Ricardo Ibarra
ICMA‐INA, ZaragozaCNM, Barcelona
Fabricación de dispositivos basados en grafenoexfoliado en ICMA-INA, Zaragoza
Fan et al, Solid State Commun. 151, 1574 (2011)Michalik et al, Microel. Eng. 88, 2063 (2011)
Fabricación de dispositivos en ICMA-INA, Zaragoza basados en grafeno crecido por CVD (Graphenea)
GrafenoCr/Au
Inés Serrano‐Esparza, Jan Marek Michalik, Ricardo Ibarra, de ICMA‐INA (Zaragoza) y el Personal Técnico del LMA, Zaragoza
Philippe Godignon, de CNM, Barcelona
Agradecimientos
Agencias financiadoras: DGA, MINECO, EU
GRACIAS POR SU ATENCION!
Resumen* Prometedoras aplicaciones del grafeno en el ámbito de la nanoelectrónica
* Tecnología de grafeno sobre SiCmuy bien situada para ser aplicada en nanoelectrónica
* Industrialmente es un buen momento para posicionarse en esta tecnología