Chemici van Rice University hebben hun lasergeïnduceerde grafeenproces aangepast om geleidende patronen te maken van standaard fotolakmateriaal voor consumentenelektronica en andere toepassingen. Credit: Tour Group / Rice University
Een laboratorium van Rice University heeft zijn lasergeïnduceerde grafeentechniek aangepast om hoge resolutie, micron-schaal patronen van het geleidende materiaal te maken voor consumentenelektronica en andere toepassingen.
Laser-geïnduceerd grafeen (LIG), geïntroduceerd in 2014 door Rice-chemicus James Tour, omvat het wegbranden van alles dat geen koolstof is uit polymeren of andere materialen, waardoor de koolstofatomen zichzelf kunnen herconfigureren tot films van karakteristiek hexagonaal grafeen.
Het proces maakt gebruik van een commerciële laser die grafeenpatronen “schrijft” op oppervlakken die tot nu toe hout, papier en zelfs voedsel bevatten.
De nieuwe iteratie schrijft fijne patronen van grafeen in fotolakpolymeren, lichtgevoelige materialen die worden gebruikt in fotolithografie en fotogravure.
Het bakken van de film verhoogt het koolstofgehalte en daaropvolgende laserwerking stolt het robuuste grafeenpatroon, waarna niet-gelabelde fotoresist wordt weggespoeld.
Details van het PR-LIG-proces verschijnen in het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano.
“Dit proces maakt het gebruik van grafeendraden en apparaten in een meer conventionele siliciumachtige procestechnologie mogelijk”, zei Tour. “Het zou een overgang naar de belangrijkste elektronicaplatforms mogelijk moeten maken.”
Het Rice-lab produceerde lijnen van LIG van ongeveer 10 micron breed en honderden nanometers dik, vergelijkbaar met wat nu wordt bereikt door omslachtigere processen waarbij lasers worden gebruikt die zijn bevestigd aan scanning-elektronenmicroscopen, aldus de onderzoekers.
Een afbeelding van een scanning-elektronenmicroscoop toont een dwarsdoorsnede van lasergeïnduceerd grafeen op silicium. Het grafeen is gemaakt aan de Rice University door een fotolakpolymeer te laseren om lijnen op micronschaal te maken die nuttig kunnen zijn voor elektronica en andere toepassingen. De schaalbalk is 5 micron. Krediet: reisgroep / Rice University
Het bereiken van LIG-lijnen die klein genoeg waren voor schakelingen, zette het laboratorium ertoe aan om zijn proces te optimaliseren, aldus afgestudeerde student Jacob Beckham, hoofdauteur van het artikel.
“De doorbraak was een zorgvuldige controle van de procesparameters”, zei Beckham. “Kleine lijnen fotoresist absorberen laserlicht afhankelijk van hun geometrie en dikte, dus door het laservermogen en andere parameters te optimaliseren, konden we een goede conversie krijgen met een zeer hoge resolutie.”
Een lasergeïnduceerde rijstuil uit grafeen wordt links omgeven door fotolakmateriaal en staat rechts alleen nadat de overtollige fotolak is weggespoeld met aceton. Wetenschappers van Rice University gebruiken het proces om micron-schaal lijnen van geleidend grafeen te maken die nuttig kunnen zijn in consumentenelektronica. Credit: Tour Group / Rice University
Omdat de positieve fotoresist een vloeistof is voordat deze op een substraat wordt gesponnen om te laseren, is het eenvoudig om de grondstof te dopen met metalen of andere additieven om het aan te passen voor toepassingen, zei Tour.
Jacob Beckham, afgestudeerd aan de Rice University, toont een staal van door fotolak laser geïnduceerd grafeen, met een patroon in de vorm van een uil. Het Rice-lab maakt geleidende patronen van standaard fotolakmateriaal voor onder meer consumentenelektronica. Krediet: Aaron Bayles / Rice University
Mogelijke toepassingen zijn onder meer on-chip microsupercondensatoren, functionele nanocomposieten en microfluïdische arrays.
Jacob L. Beckham et al, Laser-geïnduceerd grafeen met hoge resolutie van fotoresist, ACS Nano (2021). DOI: 10.1021 / acsnano.1c01843
ACS Nano
Geleverd door Rice University
