Notre monde a plus que jamais besoin de télécommunications fiables. Cependant, les appareils classiques ont des limites en termes de taille et de coût et, surtout, consommation d'énergie, qui est directement liée aux émissions de gaz à effet de serre. Le graphène pourrait changer cela et transformer l'avenir du haut débit. Maintenant, Les chercheurs de Graphene Flagship ont mis au point une technologie de fabrication à l'échelle d'une plaquette qui, grâce à des modèles de monocristaux de graphène prédéterminés, permet une intégration dans des plaquettes de silicium, permettant l'automatisation et ouvrant la voie à une production à grande échelle.

Ce travail, publié dans la prestigieuse revue ACS Nano , est un excellent exemple de collaboration favorisée par l'écosystème Graphene Flagship. Il a compté sur la participation de plusieurs institutions partenaires de Graphene Flagship comme le CNIT et l'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), en Italie, le Cambridge Graphene Center de l'Université de Cambridge, ROYAUME-UNI, et membre associé phare de Graphene et spin-off CamGraphIC. Par ailleurs, INPHOTEC et des chercheurs de l'Institut Tecip en Italie ont fourni la fabrication de circuits intégrés photoniques au graphène. Grâce au module de travail d'intégration à l'échelle de la plaquette et aux projets de fer de lance tels que Metrograph, le Graphene Flagship favorise la collaboration entre les universités et les principales industries pour développer des prototypes et des produits de haute technologie, jusqu'à ce qu'ils puissent atteindre l'exploitation commerciale.

La nouvelle technique de fabrication est rendue possible par l'adoption de réseaux de graphène monocristallin. "Traditionnellement, lorsqu'on vise l'intégration à l'échelle de la tranche, on fait pousser une couche de graphène de la taille d'une tranche puis on la transfère sur du silicium, " explique Camilla Coletti, coordinateur des Graphene Labs de l'IIT, qui a co-dirigé l'étude. « Transférer une couche de graphène de l'épaisseur d'un atome sur des plaquettes tout en maintenant son intégrité et sa qualité est un défi », ajoute-t-elle. "L'ensemencement de cristal, la technique de croissance et de transfert adoptée dans ce travail garantit que le graphène à haute mobilité à l'échelle des plaquettes est exactement là où il est nécessaire :un grand avantage pour la fabrication évolutive de dispositifs photoniques tels que des modulateurs, " poursuit Coletti.

Il est estimé que, d'ici 2023, le monde verra plus de 28 milliards d'appareils connectés, dont la plupart nécessiteront la 5G. Ces exigences exigeantes exigeront de nouvelles technologies. « Le silicium et le germanium seuls ont des limites ; cependant, le graphène offre de nombreux avantages, " déclare Marco Romagnoli de Graphene Flagship Partner CNIT, tiers lié INPHOTEC, et membre associé CamGraphiC, qui a co-dirigé l'étude. "Cette méthodologie nous permet d'obtenir plus de 12.000 cristaux de graphène dans une plaquette, correspondant à la configuration et à la disposition exactes dont nous avons besoin pour les dispositifs photoniques compatibles avec le graphène, " ajoute-t-il. De plus, le procédé est compatible avec les systèmes de fabrication automatisés existants, ce qui accélérera son adoption industrielle et sa mise en œuvre.

Dans une autre publication de Communication Nature , chercheurs du CNIT, partenaires Flagship de Graphene, Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), en Italie, Nokia, y compris leurs équipes en Italie et en Allemagne, Graphene Flagship-linked tiers INPHOTEC et chercheurs de Tecip, utilisé cette approche pour démontrer une mise en œuvre pratique :« Nous avons utilisé notre technique pour concevoir des photodétecteurs au graphène à grande vitesse, " dit Coletti. " Ensemble, ces avancées accéléreront la mise en œuvre commerciale de dispositifs photoniques à base de graphène, " Elle ajoute.

Les dispositifs photoniques à base de graphène offrent plusieurs avantages. Ils absorbent la lumière de l'ultraviolet à l'infrarouge lointain, ce qui permet des communications à très large bande. Les appareils en graphène peuvent avoir une mobilité ultra-élevée des porteurs (électrons et trous), permettant une transmission de données qui dépasse les réseaux Ethernet les plus performants, franchir la barre des 100 gigabits par seconde.

Réduire les demandes énergétiques des télécommunications et des données est fondamental pour fournir des solutions plus durables. Maintenant, Les technologies de l'information et de la communication sont déjà responsables de près de 4 % de toutes les émissions de gaz à effet de serre, comparable à l'empreinte carbone de l'industrie du transport aérien, devrait augmenter à environ 14% d'ici 2040. "Dans le graphène, presque toute l'énergie de la lumière peut être convertie en signaux électriques, qui réduit massivement la consommation d'énergie et maximise l'efficacité, " ajoute Romagnoli.

Frank Koppens, Graphène Flagship Leader pour la photonique et l'optoélectronique, déclare :« C'est la première fois que du graphène de haute qualité est intégré à l'échelle de la plaquette. Le travail montre une pertinence directe en révélant des modulateurs d'absorption à haut rendement et à grande vitesse. Ces réalisations impressionnantes amènent la commercialisation des dispositifs de graphène dans les communications 5G. très proche."

Andrea C. Ferrari, Le responsable scientifique et technologique du Graphene Flagship et président de son comité de direction a ajouté :« Ce travail est une étape majeure pour le Graphene Flagship. Une étroite collaboration entre les partenaires académiques et industriels a finalement mis au point un processus à l'échelle d'une plaquette pour l'intégration du graphène. Le graphène La fonderie n'est plus un objectif lointain, mais ça commence aujourd'hui."