Tillverkning av elektroniska komponenter med grafen, ett material som består av ett enda lager kolatomer, är en av dagens stora tekniska utmaningar. Forskare hoppas kunna utnyttja grafens enastående elektronmobilitet och även använda materialet för att designa billiga, flexibel elektronik. Forskargrupper från CEA, CNRS, Université de Lille 1 och Northwestern University har tagit fram en ny process för tillverkning av transistorer som kombinerar flexibilitet och elektronmobilitet och kan arbeta vid mycket höga frekvenser i GHz -intervallet. Processen använder en form av grafen i lösning som är kompatibel med trycktekniker. Sådana elektroniska komponenter bör leda till utvecklingen av högpresterande elektroniska kretsar inbyggda i vardagliga föremål.

Resultaten dök upp i tidningen Nano bokstäver den 14 mars, 2012.

Grafen, ett material som består av ett enda lager sexkantiga kolatomer, har några enastående egenskaper. Särskilt, dess höga elektronmobilitet förväntas hjälpa elektroniska komponenter att prestera vid mycket höga frekvenser. Dess mekaniska egenskaper gör den också flexibel. Dessa två egenskaper - elektronmobilitet och flexibilitet - kan med fördel användas för att göra elektroniska komponenter och kretsar för olika applikationer, som att utveckla flexibla skärmar och mycket högpresterande transistorer och elektroniska komponenter till låg kostnad.

Flera metoder för grafensyntes är för närvarande tillgängliga. En av dem innebär att man producerar grafen som en lösning av små partiklar, några hundra nanometer i diameter, som stabiliseras i vatten av ytaktiva ämnen. Den syntesmetod som används för att erhålla det resulterande "ledande bläcket" gör det möjligt att bara välja enskiktsark som uppvisar anmärkningsvärda elektroniska egenskaper (istället för en kombination av ettskikts- och flerskiktsgrafen). En annan specifik egenskap är att komponenter kan produceras på ett mycket brett utbud av media, inklusive glas, papper eller organiska underlag.

Forskargrupperna från CEA, CNRS, Université de Lille 1 och Northwestern University utvecklade den första processen någonsin för att göra flexibla transistorer av solubiliserad grafen på polyimid (en termostabil polymer) substrat. De gjorde sedan en fördjupad studie av högfrekventa prestanda för dessa transistorer.

I den process som forskarna utvecklat, ark av grafen i lösning deponeras på substratet med ett växlande elektriskt fält applicerat mellan elektroder gjorda i förväg. Denna teknik, känd som dielektrofores eller DEP, används för att styra grafenavsättningsprocessen för att erhålla en hög densitet av deponerade ark på vissa fläckar. Denna densitet är avgörande för att uppnå enastående högfrekventa prestanda. Laddningsrörligheten i transistorerna ligger i området 100 cm2/V.s, ett mycket högre värde än det som erhålls med halvledarmolekyler eller polymerer. Dessa transistorer uppnår alltså mycket höga frekvenser - cirka 8 GHz - en prestandanivå som aldrig tidigare uppnåtts inom organisk elektronik!

Resultaten visar att "konduktivt bläck" grafen är ett mycket konkurrenskraftigt material för att göra flexibla elektroniska applikationer i ett högfrekvent område (GHz) som är helt utom räckhåll för konventionella organiska halvledare. Denna nya generation transistorer erbjuder utmärkta möjligheter för många applikationer, inklusive flexibla skärmar (vikning eller upprullning), elektroniska apparater inbyggda i tyger eller andra vardagsföremål, till exempel RFID -taggar, kan bearbeta och överföra information.