JOSE MARIA DE TERESA

Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, CSIC-Universidad de Zaragoza, Spain

Laboratorio de Microscopías Avanzadas (LMA), Instituto de Nanociencia de Aragón (INA), Universidad de Zaragoza, Zaragoza, 50018, Spain

Grafeno de alta calidad para las aplicaciones en nanoelectrónica: retos actuales

Foro sobre aplicaciones del grafeno, Zaragoza, 3 de abril de 2014

?grafeno

Publicación clave: 2004

Science 306, 666 (2004)

¿Cuál es la escala de tiempo entre el descubrimiento básico y la salida al mercado de un producto?...

1988

1997

…10 años es una escala típica

Aplicaciones del grafeno en el mercado en 2014…

Raqueta Head YOUTEK GrapheneSpeed Pro (Precio: 191,91 €)

La Graphene Speed Pro es perfecta para el juego agresivo desde la 

línea de fondo. Maria Sharapova

VorbeckMaterials

Circuitos basados en tinta de grafeno que resisten lavados con 

detergente

…ninguna de ellas parece la “killer application”…

…pero las oportunidades son gigantescas

Samsung Galaxy Round, el primer teléfono con pantalla 

OLED curvada

=> El grafeno se ha incorporado para siempre a la “tabla periódica de los materiales”

grafeno

Materiales basados exclusivamente en carbono

Unas aplicaciones no tienen nada que ver con otras ni en términos de fabricación del grafeno ni en términos de la

propiedad físico-química del grafeno utilizada

Desarrollo de una nueva generación de condones financiado por la Fundación Gates

RESISTENCIA MECANICA Y FLEXIBILIDAD

COMPOSITES

ALTA MOVILIDAD ELECTRONICA, RELAJACION 

LENTA DEL ESPIN

GRAFENO MONOCAPA 

SOBRE SUSTRATO

Aplicaciones en nanoelectrónica

El método de preparación determina las posibles aplicaciones

Dada la aplicación, hay que seleccionar el método de preparación adecuado

EN EL GRAFENO MÁS QUE EN NINGÚN OTRO MATERIAL…

Aplicaciones en nanoelectrónica: selección del método de preparación y del sustrato

Las aplicaciones en nanoelectrónica normalmente estarán basadas enlos mismos conceptos que la industria del silicio: trabajo a nivel de obleay nanofabricación con litografía óptica

Resolución=k / AN, hoy ~ 32 nm(NSR-S621D de Nikon)

*k=0.25

*=193 nm (Ar laser)

*NA=1.35

*Producción: 200 obleas/hora

*Obleas de 200 y 300 mm de diámetro

En ciertas aplicaciones puede ser posible la fabricación mediantelitografía electrónica, litografía de iones, nanoimpresión, etc.

Métodos de fabricación de grafeno a nivel de oblea

Deposición química en fase vapor (CVD) a alta

temperatura sobre sustratos metálicos (Cu, Ni, Ru…)

Segregación de carbono a alta temperatura en la

superficie de obleas de SiC (carburo de silicio)

Método CVD Método SiC

Métodos de fabricación de grafeno a nivel de oblea

Método CVDDeposición química en fase

vapor (CVD) a alta temperatura sobre sustratos

metálicos (Cu, Ni, Ru…)

+ transferencia a otro sustrato

Métodos de fabricación de grafeno a nivel de oblea

Método SiC

F. Ming et al., Journal of Physics D (2012) 45, 154007

Video de SiC obtenido en Titan, Zaragoza (R. Arenal)

Segregación de carbono a alta temperatura en la

superficie de obleas de SiC (carburo de silicio)

Emtsev et al., Nat. Mater. (2009) 8, 203

No necesita transferencia a otro sustrato

Métodos de fabricación de grafeno a nivel de oblea: dificultades (retos)

Método CVD Método SiC

- Residuos procedentes de la transferencia

- Sustratos sacrificados

- Zonas con más de una capa de grafeno

- Fronteras de grano y otros defectos

- Sustrato caro

- Fronteras de grano, terrazas y otros defectos

- Zonas con más de una capa de grafeno

Segregación de carbono a alta temperatura en la

superficie de obleas de SiC(carburo de silicio)

Deposición química en fase vapor (CVD) a alta

temperatura sobre sustratos metálicos (Cu, Ni, Ru…)

Propiedades electrónicas de grafeno crecido sobre SiC

-Alta movilidad electrónica, lo que implica mayores densidades de corriente.

-Alta velocidad de saturación, lo que implica que puede trabajar a frecuencias más altas.

Lin et al., Science (2010) 327, 662

Aplicaciones de grafeno crecido sobre SiC

CIRCUITOS INTEGRADOS DE ALTA FRECUENCIA

DISPOSITIVOS PARA METROLOGIA

Lin et al., Science (2011) 332, 1294

Janssen et al., New Journal of Physics  (2011) 13, 093026

- Metrología del ohmio a través del efecto Hall cuántico

+ Polivalencia fruto de que el SiC es buen conductor del calor y puede ser

semiconductor activo

Aplicaciones de grafeno crecido sobre SiC

DISPOSITIVOS ESPINTRÓNICOS

DISPOSITIVOS PLASMÓNICOS

Dlubak et al., Nat. Phys. (2012) 8, 557

+ Polivalencia fruto de que el SiC es buen conductor del calor y puede ser

semiconductor activo

- Basados en la interacción de la luz con las oscilaciones electrónicas colectivas (del grafeno), llamadas plasmones

Chen et al., Nature (2012) 77, 487

Mapa de ruta de las aplicaciones de grafeno para dispositivos electrónicos

Novoselov et al., Nature (2012) 490, 192

Iniciativas industriales de grafeno sobre SiCa nivel mundial

- 2 empresas spin-off (USA y Suecia)

- IBM

- ??

www.graphenenanotech.eu

Iniciativas industriales de grafeno sobre SiC en España

info@graphenenanotech.eu

+ capital inversor aragonés

Iniciativas industriales de grafeno sobre SiC en España

* CNM: centro nacional (ICTS) para micro- y nano-fabricación

* Amplia experiencia en la realización de dispositivos basados en SiC para sensores y electrónica de potencia.

* Amplia experiencia en el crecimiento de grafeno sobre SiC

* Amplia experiencia en transferencia de tecnología

* Investigador: PhilippeGodignon

* LMA: laboratorio nacional (ICTS) para nano-caracterización de materiales y nanofabricación

* Amplia experiencia en la caracterización de nanomateriales, nanofabricación y electrónica de espín

* Experiencia en la temática del grafeno desde 2009

* Amplia experiencia en transferencia de tecnología

* Investigadores: José María De Teresa, Ricardo Ibarra

ICMA‐INA, ZaragozaCNM, Barcelona

Fabricación de dispositivos basados en grafenoexfoliado en ICMA-INA, Zaragoza

Fan et al, Solid State Commun. 151, 1574 (2011)Michalik et al, Microel. Eng. 88, 2063 (2011)

Fabricación de dispositivos en ICMA-INA, Zaragoza basados en grafeno crecido por CVD (Graphenea)

GrafenoCr/Au

Inés Serrano‐Esparza, Jan Marek Michalik, Ricardo Ibarra, de ICMA‐INA (Zaragoza) y el Personal Técnico del LMA, Zaragoza

Philippe Godignon, de CNM, Barcelona

Agradecimientos

Agencias financiadoras: DGA, MINECO, EU

GRACIAS POR SU ATENCION!

Resumen* Prometedoras aplicaciones del grafeno en el ámbito de la nanoelectrónica

* Tecnología de grafeno sobre SiCmuy bien situada para ser aplicada en nanoelectrónica

* Industrialmente es un buen momento para posicionarse en esta tecnología

Dispositivo OLED