Исследователи «Сколтеха» запатентовали метод синтеза графеновых структур, при помощи которого можно создавать функциональные графеновые компоненты произвольной формы со 100-нм разрешением на гибкой прозрачной подложке для изделий гибкой и прозрачной электроники. Благодаря предложенному подходу удаётся избежать образования дефектов, возникающих в общепринятом на сегодня технологическом процессе переноса графена между подложками и приводящими к снижению качества. О технологии Хабру рассказали в пресс-службе университета.
На настоящий момент роль проводника в гибкой прозрачной электронике играют металлические сетки, внедрённые в полимер или стекло. В основном используются медь, серебро и, если говорить о совсем дорогих устройствах, золото и платина. Проблема в том, что, например, в случае металлических сеток, используемых для нагревания стекла, их можно лишь с натяжкой назвать прозрачными. Они неплохо справляются, но всё-таки даже самая тонкая сетка «съедает» где-то треть проходящего через неё света. Графен, обладая очень хорошей электропроводностью, — более прозрачный и менее заметный материал, так как металлические сетки зачастую видны невооруженным глазом. Кроме того, ряд исследований показывает, что графен обладает большей усталостной прочностью при изгибе, чем металлические сетки, а значит он прослужит дольше в качестве гибкого элемента.
Также стоит учитывать, что сырьё для изготовления графена несравнимо дешевле и экологичнее, чем для производства чистых металлов. И графен, в отличие от меди и серебра, не подвержен окислению.
Одна из трудностей на пути к широкому применению графена в гибкой прозрачной электронике связана с проблемой переноса этого материала с временной подложки, на которой производится синтез, на постоянную, которая придаёт ему форму, необходимую для данного устройства. Сейчас для этого используется метод Ленгмюра — Блоджетт, который плохо масштабируется и вносит в графен дефекты, ухудшая его характеристики. Учёные из Сколтеха предложили ему альтернативу.
«Для выращивания графена традиционно используется плоская временная подложка. В методе Ленгмюра — Блоджетт после синтеза её растворяют, и графеновая плёнка остаётся плавать на поверхности жидкости. Под неё подводят постоянную подложку нужной формы, и материал принимает эту форму — как раз в этот момент и происходит деформация листа графена, приводящая к возникновению дефектов», — пояснил один из изобретателей, аспирант «Сколтеха» Алексей Шиверский.
Как указал Сергей Абаимов, другой автор патента, старший преподаватель «Сколтеха»:
«Разработанный в „Сколтехе" метод предполагает, что временная подложка должна соответствовать итоговой форме. Постоянная подложка наносится со стороны графеновой плёнки, после чего временная удаляется. Так как графен осаждается сразу в нужной форме и его не нужно „натягивать“, по научному, драпировать, на конечную подложку, дефектов, например складок, не образуется. При этом за счёт 3D формы исходной подложки достигается существенное расширение возможностей по сравнению с традиционными методами, так как электронные схемы уже необязательно делать плоскими или с формой близкой к плоской, но как угодно сложными в трёхмерном пространстве с разрешением в сотни нанометров».
Также Абаимов уточнил ряд особенностей процесса.
«В патенте раскрывается конкретный оптимальный метод, испытанный в лаборатории: на медной каталитической подложке формируется маска из фотополимера в форме синтезируемой графеновой структуры. Затем подложка покрывается слоем хрома, после чего полимер удаляется и на ней остаётся негативная маска из хрома требуемой нам формы. Почему хром? Потому что он выдерживает высокую температуру синтеза графена и пассивирует его рост в закрытых областях. Однако патент не ограничивался данным методом, но также содержал положения общего характера — как в части описания, так и в формуле, охватывая широкий круг альтернативных подходов».
К удивлению Абаимова, заявку на сложный, многоуровневый патент одобрили сразу, сделав лишь правки технического характера. Он надеется, что работа найдёт широкое применение и обеспечит России передовые технологии в области гибкой и прозрачной электроники.
