Progressi nella produzione europea di dispositivi in grafene
Una linea pilota sperimentale sta dando impulso alla ricerca europea nella creazione di dispositivi in grafene commercialmente validi. Questa linea ha recentemente completato due cicli di produzione su wafer multi-progetto (MPW) per dispositivi elettronici e optoelettronici basati sul grafene e sui relativi materiali bidimensionali. I risultati sono stati presentati in un recente studio(si apre in una nuova finestra) sostenuto dai progetti 2D-EPL e 2D-PL(si apre in una nuova finestra), finanziati dall’UE. Il grafene è stato definito per la prima volta un materiale elettronico valido nel 2004. Tuttavia, a distanza di 20 anni e nonostante il notevole impegno profuso per ottenere tecnologie di produzione su larga scala, l’industria dei semiconduttori non ha ancora prodotto dispositivi in grafene commercialmente validi. La linea pilota sperimentale per dispositivi elettronici e optoelettronici creata nell’ambito del progetto 2D-EPL è il risultato del supporto fornito dall’UE in questo ambito di ricerca. Sulla scia di questo lavoro, il progetto successivo 2D-PL sta cercando di rafforzare ulteriormente l’ecosistema europeo, contribuendo a far maturare le tecnologie dei semiconduttori e valorizzando le conoscenze per favorirne l’adozione industriale. I due cicli di produzione MPW riportati nello studio erano il primo e il terzo, completati alla fine del 2022 e del 2023. Il primo ciclo MPW era destinato principalmente ai sensori a base di grafene, in particolare ai biosensori e ai sensori chimici, mentre il terzo all’elettronica in grafene.
Prepararsi ai cicli di produzione MPW
I cicli sono stati preceduti da una fase di candidatura, durante la quale sono pervenute 60 richieste da potenziali clienti di tutto il mondo per la progettazione di dispositivi, tra cui dispositivi elettronici, sensori bio e terahertz, nonché fotorivelatori. Ai potenziali clienti sono state fornite schede tecniche con i parametri di prestazione previsti per i dispositivi in grafene, come la mobilità, il punto di neutralità di carica, la resistenza superficiale e la resistività di contatto. Un altro parametro misurato è stata l’uniformità del wafer, un parametro centrale nei processi industriali. «Al raggiungimento dei valori target e di una qualità accettabile nell’analisi al microscopio ottico in termini di sollevamento e incisione, il wafer è stato ritenuto idoneo alla consegna», riferiscono gli autori dello studio. Ai potenziali clienti è stato fornito un kit di progettazione dei processi versatile contenente informazioni sui materiali disponibili, sui metodi di fabbricazione e sulle regole di progettazione. «Dopo la fase di candidatura, i progetti dei microprocessori presentati sono stati discussi individualmente con ciascun cliente. Quindi, tutte le matrici dei clienti sono state combinate in un progetto comune e sono state ordinate le maschere di litografia necessarie. La maschera conteneva anche matrici di prova con dispositivi di riferimento distribuiti uniformemente sul wafer, oltre alle matrici del cliente, per monitorare la qualità del processo in ogni wafer della serie». Durante i due cicli di produzione degli MPW (nel 2022 e nel 2023), sono stati lavorati oltre 75 wafer. La spettroscopia Raman — uno dei metodi utilizzati per monitorare e ispezionare le diverse fasi di fabbricazione — è stata condotta sui wafer dopo il trasferimento e la fabbricazione del grafene. Con questo metodo, il team di ricerca ha «confermato cambiamenti strutturali minimi nel grafene causati dal processo di fabbricazione», secondo lo studio. Inoltre, «le misurazioni elettriche di due diversi tipi di dispositivi hanno confermato le specifiche dei dispositivi definite nel kit di progettazione del processo.» «I risultati della relazione indicano che la piattaforma 2D-EPL si rivela promettente per la prototipazione di dispositivi in grafene, sia per utenti di piccole dimensioni che per le grandi industrie», riporta un articolo(si apre in una nuova finestra) pubblicato su «Graphene-info». Il progetto 2D-EPL (Graphene Flagship 2D Experimental Pilot Line) si è concluso nel 2024. Il progetto 2D-PL (2D-Pilot Line) terminerà nel 2028. Per maggiori informazioni, consultare: progetto 2D-EPL sito web del progetto 2D-PL(si apre in una nuova finestra)
