Des chercheurs en matériaux de la North Carolina State University ont mis au point une technique qui leur permet d'intégrer le graphène, oxyde de graphène (GO) et oxyde de graphène réduit (rGO) sur des substrats de silicium à température ambiante en utilisant un recuit laser pulsé nanoseconde. L'avancée soulève la possibilité de créer de nouveaux appareils électroniques, et les chercheurs prévoient déjà d'utiliser la technique pour créer des capteurs biomédicaux intelligents.

Dans la nouvelle technique, les chercheurs partent d'un substrat de silicium. Ils recouvrent cela d'une couche de nitrure de titane monocristallin, l'utilisation d'une épitaxie par correspondance de domaine pour garantir que la structure cristalline du nitrure de titane est alignée avec la structure du silicium. Les chercheurs placent ensuite une couche d'alliage cuivre-carbone (Cu-2,0 pour cent atomique C) sur le nitrure de titane, à nouveau en utilisant l'épitaxie de correspondance de domaine. Finalement, les chercheurs fondent la surface de l'alliage avec des impulsions laser nanosecondes, qui tire le carbone à la surface.

Si le processus se fait sous vide, le carbone se forme à la surface sous forme de graphène; si c'est fait dans l'oxygène, il forme GO; et si cela est fait dans une atmosphère humide suivie d'un vide, il forme comme rGO. Dans les trois cas, la structure cristalline du carbone est alignée avec l'alliage cuivre-carbone sous-jacent.

"On peut contrôler si le carbone forme une ou deux monocouches à la surface du matériau en manipulant l'intensité du laser et la profondeur de la fusion, " dit Jay Narayan, John C. Fan Distinguished Chair Professor of Materials Science and Engineering à NC State et auteur principal d'un article décrivant le travail.

« Le processus peut facilement être étendu, " dit Narayan. " Nous avons fait des gaufrettes qui sont de deux pouces carrés, et pourrait facilement les rendre beaucoup plus grands, en utilisant des lasers avec un Hertz plus élevé. Et tout cela se fait à température ambiante, ce qui fait baisser le prix."

Le graphène est un excellent conducteur, mais il ne peut pas être utilisé comme semi-conducteur. Cependant, rGO est un matériau semi-conducteur, qui peuvent être utilisés pour fabriquer des dispositifs électroniques tels que des capteurs intelligents intégrés et des dispositifs optiques-électroniques.

« Nous avons déjà breveté la technique et envisageons de l'utiliser pour développer des capteurs biomédicaux intelligents intégrés à des puces informatiques, " dit Narayan.

Le papier, "Intégration à l'échelle de la plaquette d'oxyde de graphène réduit par un nouveau traitement laser à température ambiante dans l'air, " a été publié le 9 septembre dans le Journal de physique appliquée .