شرکت امو، آکسفورد اینسترومنتز، دانشگاه کمبریج، دانشگاه RWTH آخن و دانشگاه ووپرتال با همکاری یکدیگر روشی برای محافظت از گرافن در حین لایه‌نشانی مواد دی‌الکتریکی روی سطح آن ارائه کردند. این فناوری، مسیر تجاری‌سازی ادوات گرافنی را هموارتر می‌کند.
همکاری مشترک چند شرکت برای محافظت هوشمندانه از گرافن
یکی از مواردی که در حوزه تحقیقات گرافن آشکار شده، این است که باید سطح گرافن در برابر آلودگی‌های خارجی محافظت شود تا خواص الکترونیکی استثنایی آن حفظ شده و بتوان از آنها در دستگاه‌های جدید استفاده کرد. بنابراین، لایه‌نشانی مواد دی‌الکتریک روی گرافن گامی اساسی در ساخت دستگاه‌های الکترونیکی و فوتونی مبتنی بر گرافن است.
در حال حاضر، پیشرفته‌ترین روش برای لایه‌نشانی مواد دی‌الکتریک روی گرافن، لایه‌نشانی اتمی (ALD) است که به شما امکان می‌دهد یکنواختی، ترکیب شیمیایی و ضخامت فیلم را دقیقاً کنترل کنید. فرایندی که معمولاً در گرافن و سایر مواد دو بعدی استفاده می‌شود، ALD مبتنی بر آب حرارتی (thermal water-based ALD) است ، زیرا به لایه‌های گرافن آسیب نمی‌رساند. با این حال، عدم وجود سایت‌های هسته‌زایی روی گرافن، کیفیت فیلم دی‌الکتریک را محدود می‌کند و برای دستیابی به نتایج خوب، مستلزم یک مرحله هسته‌زایی قبل از ALD است. رویکرد دیگر لایه‌نشانی اتمی تقویت شده با پلاسما (PEALD) است که وقتی روی رشد گرافن اعمال شود، می‌تواند آسیب سطحی ایجاد کند.
محققان شرکت امو (AMO GmbH)، آکسفورد اینسترومنتز (Oxford Instruments)، دانشگاه کمبریج، دانشگاه RWTH آخن و دانشگاه ووپرتال روش جدیدی را برای استفاده از PEALD روی گرافن بدون وارد آوردن نقص در گرافن نشان دادند. ترفند مورد استفاده در این روش آن است که از یک تک لایه نیترید بور شش ضلعی (hBN)، یک عایق دو بعدی به‌عنوان یک لایه محافظ روی سطح گرافن استفاده شود. hBN تک لایه به اندازه کافی نازک است که می‌تواند تأثیر ناچیزی بر کیفیت دی‌الکتریک داشته باشد، اما به اندازه کافی ضخیم است که گرافن را در برابر پلاسمای اکسیژن مورد استفاده در PEALD محافظت می‌کند. علاوه‌بر این، پلاسما محل‌های هسته‌زایی را در hBN ایجاد می‌کند که اجازه رشد سریع را می‌دهد.
اثر حفاظتی تک لایه hBN با اندازه‌گیری طیف‌سنجی Raman که قبل و بعد از لایه‌نشانی دی‌الکتریک انجام شده‌است، به وضوح نشان داده شده‌است. دکتر باربارا کانتو، اولین نویسنده مقاله مربوط به این پروژه می‌گوید: «مطالعه رامان برای توصیف گرافن و بهینه‌سازی فرایند بسیار مهم است. این روش می‌تواند ما را به دستگاه‌های گرافنی کیفیت بالاتر در آینده برساند و درک بهتر تأثیر مراحل مختلف فرآیند بر گرافن را برای ما آشکار کند.»
راوی سوندارام، مدیر تحقیق و توسعه راهبردی در شرکت آکسفورد اینسترومنتز، می‌گوید: «این کار پیشرفت بزرگی در یکی از چالش‌های کلیدی در تولید دستگاه‌های الکترونیکی گرافنی یعنی لایه‌نشانی دی‌الکتریک با کیفیت بالا دارد. ما بسیار خوشحالیم که در این همکاری چند سازمانی مشارکت داشته‌ایم، تا بتوانیم محدودیت ایجاد لایه دی‌الکتریک با کمک ALD و پلاسما را کاهش دهیم تا توسعه و تجاری‌سازی این نوع دستگاه‌ها در کاربردهای عملی امکان‌پذیر شود.»
