Att skaffa grafen – bläckstrålemetoden
Det som hindrar massframställning av grafenkretsar är alltså de manuella steg som behövs för att applicera grafenet på kiselbrickan och de kopparföroreningar som blir kvar när man etsat bort den bärarfolie av koppar som grafenet skapats på.
Varför inte suspendera grafen-flak i lösningsmedel och bläckstråleskriva det på kislet? Friformsframställning är ju populärt nu. Sagt och gjort.
Szymon Sollami Delekta med ett paket bläckstrålepatroner med grafen nytagna ur kylen. Skrivaren står i bakgrunden.
En annan grupp på KTH, bläckstrålegruppen, köper grafit (pulvriserad blyerts), som är grafenflak i pulverform, löser dem i lösningsmedel, slammar upp det med ultraljud och tillsätter ett bindemedel, häller allt i en bläckstrålepatron och skriver ut mönster på kiselbrickor.
Printerkassett med "grafenbläck".
På så sätt kan man tänka sig att man skriver ut mönster av grafen just där de behövs på kislet. Upplösningen ligger kring 50 mikrometer. Det duger bra till exempelvis sensorer och kondensatorer, men är allt för grovt för att skriva ut basar till enskilda transistorer. I det senare fallet går det emellertid bra att använda gängse framställningsmetoder från den ursprungliga processen och etsa bort den grafen man inte behöver.
Huvudsaken är att man i och med bläckstråleutskrift av grafen fått en metod som kan fungera för masstillverkning på kisel. En annan fördel är att man kommit bort från problemen med de kopparföroreningar som blir kvar efter att man etsat bort den koppar som grafenfolien levereras på, eftersom kopparn riskerar att förorena kislet inunder.
Utskrift pågår på en kiselbricka.
Fast riktigt så enkelt är det inte. Det ursprungliga lösningsmedlet måste bytas ut mot ett annat, vars viskositet passar bättre för bläckstråleutskrift, vilket man i princip gör med destillation. När utskriften är klar, är den dessutom våt av lösningsmedel. Utskriften måste därför torkas i 100 grader så att allt lösningsmedel avdunstar.
För att få flaken att bindas hårt till varandra måste man bli av med bindemedlet, som är en isolator. Därför värmebehandlas substratet i 400 grader i en timme, så att flaken lägger sig till rätta på varandra och gör ordentlig kontakt.
Tänk dig processen som snöflingor som dalar ned genom lösningsmedlet. Efter ett tag har de lagt sig i ett fluffigt skikt, men efter lite ljummare väder stabiliseras allt och blir till skare, som i elektronmikroskopbilden på föregående sida.
Tyvärr får det fluffiga skiktet det inte riktigt lika bra ledningsförmåga som om det vore ett enda atomärt skikt av grafen, eftersom flaken inte binder ihop sig i kanterna utan bara ligger löst på varandra och hålls ihop av van der Waals-kraft. Forskning pågår.
