کنترل تبخیر سیلیکون برای تولید گرافن با کیفیت بالا

پژوهشگران موسسه فناوری جرجیا برای اولین بار جزئیاتی پیرامون روش تصعید کنترل شده
محدود را برای تولید لایه‌های با کیفیت بالا گرافن اپیتاکسیال روی ویفر کاربید
سیلیکون منتشر کردند. این روش مبتنی بر کنترل فشار بخار فاز گازی سیلیکون در
کوره‌ای با دمای بالا است.

اولین شرط رشد لایه‌های گرافن روی کاربید سیلیکون اعمال گرمایی در حد ۱۵۰۰ درجه
سانتیگراد در خلاء است که موجب تبخیر سیلیکون شده و در نهایت یک یا دو لایه گرافن
تشکیل می‌شود. تبخیر کنترل نشده سیلیکون نیز می‌تواند منجر به تولید ماده‌ای
بی‌فایده شود. والت دی هر، استاد دپارتمان فیزیک در مدرسه فناوری جرجیا، می‌گوید
برای تولید گرافن با کیفیت بالا روی سیلیکون باید تبخیر سیلیکون را در دمای مشخصی
تحت کنترل در آورد. با کنترل دقیق نرخ جدا شدن بخارات سیلیکون می‌‌توان مقدار
سیلیکون را روی گرافن نیز تحت کنترل در آورد. با این کار می‌توان لایه‌های بسیار
جالبی از گرافن اپیتاکسیال را تولید کرد.

برای این کار، والت دی هر و همکارانش ویفر سیلیکونی را درون مخزنی از جنس گرافیت
قرار دادند. روی این مخزن حفره‌ای وجود دارد که اتم‌های تبخیر شده سیلیکون از سطح
ویفری به ابعاد یک سانتیمتر مربع می‌توانند به‌صورت کنترل شده از سطح آن خارج شوند.
رشد گرافن اپیتاکسیال درون خلاء یا یک گاز بی اثر انجام شده که در نهایت منجر به
تولید تک لایه یا چندلایه‌هایی می‌گرد‌د. والت دی هر می‌گوید این روش در راستای
راهبردی است که می‌تواند منجر به تجاری سازی گرافن شود. ما معتقدیم که این یک روش
منطقی و تکرارپذیر برای رشد گرافن روی کاربید سیلیکون است و از آن می‌توان برای
تولید انبوه قطعات الکترونیکی استفاده کرد.

نتایج این تحقیق در Proceedings of the National Academy of Sciences به چاپ رسیده
است. در این مقاله روشی برای تولید روبان‌های نازک از جنس گرافن توضیح داده شده
است، روشی که این تیم تحقیقاتی آن را “رشد الگودار” نامگذاری کرده است. در این روش
ابتدا روی کاربید سیلیکون الگوهایی با استفاده از فرآیند نانولیتوگرافی معمولی اچ
داده می‌شود. این الگوها موجب جهت دهی به رشد ساختارهای گرافنی می‌شود. با این روش
می‌توان گرافن‌هایی با پهنای مشخص بدون نیاز به پرتوهای الکترونی ایجاد کرد.
گرافن‌هایی که با این روش تولید می‌شوند دارای لبه‌هایی بسیار صاف بوده و عاری از
مشکل تفرق الکترون است.

با این دو روش مختلف می‌توان گرافن‌هایی با ویژگی‌های متفاوت برای مصارف مختلف
تولید کرد.