تولید اکسید گرافن در مقیاس وسیع

محققان دانشگاه روتگرز برای اولین بار توانسته‌اند با موفقیت فیلم‌های نازک اکسید
گرافن مشتق شده شیمیایی را روی ویفرهای بزرگ سیلیکون رسوب دهند. می‌توان از این
فیلم‌ها در الکترودهای شفاف برای ابزارهای اُپتوالکترونیکی همچون پیل‌های خورشیدی و
دیودهای نورافشان بهره برد.

مانیش چوالا رهبر این گروه می‌گوید: «ما توانسته‌ایم فیلم‌های نازک گرافن مشتق شده
شیمیایی را روی ویفرهایی به اندازه ۳۰ اینچ رسوب دهیم. قبل از این رسوب‌دهی تنها
روی بسترهای کوچک (به عرض چند سانتی‌متر) انجام شده بود».

فیلم‌های اکسید گرافن شفاف بوده و ویژگی الکتریکی آنها را می‌توان با تغییر ضخامت،
از نیمه‌رسانایی تا فلزی تنظیم کرد. می‌توان با ساخت ابزارهایی روی بسترهای مختلف،
از این ویژگی و ویژگی‌های اُپتوالکترونیکی دیگر این فیلم‌ها بهره برد.

انتقال آسان

فیلم‌های تولید شده توسط گروه چوآلا کاملاً یکپارچه و با ضخامت اتمی هستند. طیف‌سنجی
رامان و اندازه‌گیری‌های میکروسکوپی نیروی اتمی این امر را تأیید می‌کنند. این فیلم‌ها
از طریق روکش‌دهی چرخشی محلول غلیظی از اکسید گرافن روی سطح هیدروکسیله شده Si/SiO2
صورت می‌گیرد. در این فرایند سرعت تبخیر حلال مورد استفاده باید کنترل شود. سپس می‌توان
این فیلم را روی هر بستری منتقل نموده و یا اینکه در صورت نیاز، به صورت مستقل و
بدون نیاز به بستر از آن استفاده کرد.

این کل قضیه نیست. این محققان می‌توانند ضخامت فیلم را از یکی دو لایه تا ۳۰ لایه
کنترل کنند. این کار به سادگی از طریق تغییر سرعت روکش‌دهی چرخشی، غلظت اکسید گرافن
یا تعداد دفعات رسوب‌دهی صورت می‌گیرد. چوآلا می‌گوید: «چون ضخامت این ماده تعیین‌کننده
ویژگی‌های اُپتوالکترونیکی آن می‌باشد، راهکار ما امکان تنظیم این ویژگی‌ها را به
روشی ساده فراهم می‌آورد».

فیلم‌های تولیدشده از نظر الکتریکی فعال بوده و مقاومت الکتریکی آنها حدود ۱
کیلواُهم بر سانتی‌متر مربع است. ترانزیستورهای اثر زمینه تولید شده با استفاده از
این فیلم‌ها تحرک‌پذیری بالای حدود cm2/(Vs) 15 از خود نشان داده و تا ۷۰ درصد شفاف
هستند.

بنابر گفته این گروه می‌توان از این ماده در الکترودهای شفاف برای ابزارهای
اُپتوالکترونیکی همچون پیل‌های خورشیدی و دیودهای نورافشان بهره برد. با این حال
برای اینکه این ماده بتواند از نظر عملکرد با رساناهای شفاف معمول همچون اکسید
کادمیوم قلع قابل رقابت باشد، باید بهبود بیشتری پیدا کند. حال چوآلا و همکارانش
امیدوارند ویژگی رسانایی و شفافیت این فیلم‌ها را از طریق تنظیم دقیق شرایطی که در
آن اکسید گرافن احیا می‌شود، بهبود بخشند.

نتایج این تحقیق در ACS Nano منتشر شده است.