Die Herstellung von Graphen-Bauelementen in Europa fördern
Eine experimentelle Pilotanlage bringt die europäischen Forschungsbemühungen zur Entwicklung kommerziell nutzbarer Graphen-Bauelemente voran. Zwei Multiprojekt-Wafer-Läufe (MPW) für elektronische und optoelektronische Bauelemente auf der Basis von Graphen und verwandten 2D-Werkstoffe wurden kürzlich in der Pilotanlage abgeschlossen. Die Ergebnisse wurden in einer kürzlich veröffentlichten Studie(öffnet in neuem Fenster) vorgestellt, die von den EU-finanzierten Projekten 2D-EPL und 2D-PL(öffnet in neuem Fenster) unterstützt wurde. Graphen wurde erstmals 2004 als brauchbarer elektronischer Werkstoff erkannt. Doch 20 Jahre später hat die Halbleiterindustrie trotz erheblicher Bemühungen um Technologien zur großtechnischen Herstellung noch keine kommerziell nutzbaren Graphen-Bauelemente angefertigt. Die experimentelle Pilotanlage für elektronische und optoelektronische Bauelemente, die im Rahmen des Projekts 2D-EPL eingerichtet wurde, baut auf den Bemühungen der EU auf, die Forschung in dieser Richtung zu unterstützen. Aufbauend auf diesem Erfolg arbeitet das Nachfolgeprojekt 2D-PL daran, das europäische Ökosystem weiter zu stärken, indem es zu Fortschritten bei Halbleitertechnologien beiträgt und den Einblick in diese Technologien verbessert, um deren industrielle Nutzung zu fördern. Die beiden MPW-Läufe, über die in der Studie berichtet wird, waren der erste und der dritte Lauf, die Ende 2022 und 2023 stattfanden. Der MPW-Lauf 1 diente hauptsächlich Sensoren auf Graphenbasis, vor allemchemische und biologische Sensoren, und Lauf 3 Graphenelektronik.
Vorbereitungen der MPW-Läufe
Den Läufen ging eine Bewerbungsphase voraus, in der 60 Bewerbungen von potenziellen Kunden aus der ganzen Welt für Bauelemententwürfe eingingen, darunter elektronische Bauelemente, Bio- und Terahertz-Sensoren und Photodetektoren. Potenziellen Kunden wurden Datenblätter mit den erwarteten Leistungsparametern für Graphen-Bauelemente wie Mobilität, Ladungsneutralität, Schichtwiderstand und Kontaktwiderstand zur Verfügung gestellt. Ein weiterer gemessener Parameter war die Gleichmäßigkeit des Wafers, die für industrielle Prozesse entscheidend ist. „Wurden die Zielwerte erreicht und zeigte die lichtmikroskopische Analyse eine akzeptable Qualität in Bezug auf Entfernen und Ätzen, betrachteten wir den Wafer als zur Auslieferung bereit“, heißt es in der Studie. Potenziellen Kunden wurde ein flexibles Prozessdesign-Kit mit Informationen über die verfügbaren Werkstoffe, Herstellungsmethoden und Gestaltungsregeln übersandt. „Nach der Bewerbungsphase wurden die eingereichten Chip-Designs mit jedem Kunden individuell besprochen. Anschließend wurden alle Stanzformen der Kunden zu einem gemeinsamen Maskenentwurf zusammengefasst und die erforderlichen Lithographiemasken bestellt. Die Maske enthielt außerdem Testchips mit Referenzbauteilen, die gleichmäßig über den Wafer verteilt waren, zusätzlich zu den Kundenchips, um die Prozessqualität auf jedem Wafer der Serie zu überwachen.“ In den beiden Herstellungszeiträumen der MPW-Läufe (2022 und 2023) wurden über 75 Wafer verarbeitet. Die Ramanspektroskopie – eine der Methoden zur Überwachung und Kontrolle der verschiedenen Herstellungsschritte – wurde an den Wafern nach dem Graphen-Transfer und der Herstellung durchgeführt. Anhand dieser Methode konnte das Forschungsteam „minimale strukturelle Veränderungen am Graphen durch den Herstellungsprozess bestätigen“, heißt es in der Studie. Darüber hinaus „verifizierten elektrische Messungen an zwei verschiedenen Gerätetypen die im Prozessdesign-Kit definierten Gerätespezifikationen“. „Die im Bericht vorgestellten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die 2D-EPL-Plattform eine vielversprechende Plattform für die Prototyperstellung von Graphen-Bauelementen ist, sowohl für einzelne kleine Kunden als auch für die Großindustrie“, lautet das Fazit in einer Pressemitteilung(öffnet in neuem Fenster) auf ‚Graphene-info‘. Das Projekt 2D-EPL (Graphene Flagship 2D Experimental Pilot Line) endete im Jahr 2024. 2D-PL (2D-Pilot Line) endet 2028. Weitere Informationen: Projekt 2D-EPL 2D-PL-Projektwebsite(öffnet in neuem Fenster)
