Postęp w produkcji urządzeń grafenowych w Europie
Powstała eksperymentalna linia pilotażowa, która przyspiesza europejskie badania zmierzające do opracowania komercyjnie opłacalnych urządzeń grafenowych. W ostatnim czasie na linii pilotażowej udało się wytworzyć dwie serie wafli wieloprojektowych (ang. multi-project wafer, MPW) przeznaczonych do urządzeń elektronicznych i optoelektronicznych opartych na grafenie i pochodnych materiałach 2D. Wyniki zostały przedstawione w opublikowanym niedawno opracowaniu(odnośnik otworzy się w nowym oknie) poświęconym badaniom wspieranym przez finansowane ze środków UE projekty 2D-EPL i 2D-PL(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Grafen został po raz pierwszy uznany za funkcjonalny materiał elektroniczny w 2004 roku. Jednak 20 lat później, pomimo licznych wysiłków mających na celu opracowanie technologii produkcji na dużą skalę, żadnemu podmiotowi z branży półprzewodników nie udało się jeszcze wytworzyć komercyjnie opłacalnych urządzeń grafenowych. Może to zmienić eksperymentalna linia pilotażowa przeznaczona do produkcji urządzeń elektronicznych i optoelektronicznych, która powstała w ramach projektu 2D-EPL jako efekt wysiłków podejmowanych przez UE na rzecz wspierania badań w tej dziedzinie. Czerpiąc z dorobku wcześniejszej inicjatywy, uczestnicy projektu 2D-PL dążą do wzmocnienia europejskiego ekosystemu, pomagając w rozwoju technologii półprzewodnikowych i pogłębiając wiedzę na ich temat z myślą o łatwiejszym wdrożeniu w przemyśle. W opracowaniu opisano dwie serie MPW, pierwszą i trzecią, ukończone pod koniec 2022 i 2023 roku. Pierwsza seria MPW była wytwarzana głównie z myślą o czujnikach grafenowych, w szczególności czujnikach chemicznych i bioczujnikach, zaś trzecia seria była przeznaczona dla elektroniki grafenowej.
Przygotowanie gruntu pod produkcję MPW
Etap wytwarzania MPW poprzedziła faza składania wniosków, w ramach której potencjalni klienci z całego świata nadesłali 60 zgłoszeń dotyczących projektów urządzeń, w tym urządzeń elektronicznych, bioczujników i czujników terahercowych oraz fotodetektorów. Potencjalni klienci otrzymali arkusze specyfikacji zawierające oczekiwane parametry eksploatacyjne urządzeń grafenowych, takie jak mobilność, punkt neutralności ładunkowej, rezystancja arkusza i rezystancja styku. Innym mierzonym parametrem była jednorodność w obrębie całego wafla, co jest parametrem o kluczowym znaczeniu dla procesów przemysłowych. „Wafel był uznawany przez nas za gotowy do stosowania, jeśli osiągnięto wartości docelowe, a analiza metodą mikroskopii optycznej wykazała akceptowalną jakość w zakresie metod lift-off i trawienia”, donoszą autorzy badania. Potencjalnym klientom udostępniono elastyczny zestaw do projektowania procesów, w którym zawarto informacje na temat dostępnych materiałów, metod produkcji i zasad projektowania. „Po fazie zbierania zgłoszeń przesłane projekty układów scalonych zostały omówione indywidualnie z każdym klientem. Następnie wszystkie matryce klientów zostały połączone we wspólny projekt fotomaski, co było podstawą zamówienia wymaganych masek litograficznych. Oprócz matryc klientów maska zawierała również matryce testowe z urządzeniami referencyjnymi rozmieszczonymi równomiernie na waflu, aby umożliwić monitorowanie jakości procesu na każdym waflu w danej serii”. Podczas dwóch okresów produkcji MPW (w 2022 i 2023 roku) obróbce poddano ponad 75 wafli. Po przeniesieniu i procesie wytwarzania grafenu wafle poddano ocenie z wykorzystaniem spektroskopii Ramana – jednej z metod stosowanych do monitorowania i kontroli poszczególnych etapów produkcji. Jak dowiadujemy się z opracowania, dzięki tej technice zespół badawczy „potwierdził minimalne zmiany strukturalne w grafenie spowodowane procesem produkcji”. Ponadto „pomiary elektryczne dwóch różnych typów urządzeń pozwoliły na weryfikację ich specyfikacji określonych w zestawie do projektowania procesów”. „Z wniosków z raportu wynika, że platforma 2D-EPL oferuje możliwości wytwarzania prototypowych urządzeń grafenowych, zarówno dla indywidualnych małych klientów, jak i dla większych podmiotów przemysłowych”, jak możemy przeczytać w komunikacie prasowym(odnośnik otworzy się w nowym oknie) zamieszczonym w serwisie „Graphene-info”. Projekt 2D-EPL (Graphene Flagship 2D Experimental Pilot Line) zakończył się w 2024 roku. Projekt 2D-PL (2D-Pilot Line) dobiegnie końca w 2028 roku. Więcej informacji: projekt 2D-EPL strona projektu 2D-PL(odnośnik otworzy się w nowym oknie)
