Componentes fotônicos de grafeno são fabricados em chips pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/02/2021

Cada um dos 12.000 cristais de grafeno na pastilha é usado para fabricar um componente fotônico.
[Imagem: Marco A. Giambra et al. - 10.1021/acsnano.0c09758]

Grafeno em escala de wafer

O consórcio europeu Graphene Flagship anunciou o desenvolvimento de uma tecnologia para fabricar grafeno diretamente dentro de chips, abrindo caminho para o uso prático do material monoatômico em tecnologias do mundo real.

O grafeno já demonstrou todo o seu enorme potencial em um sem-número de experimentos de laboratório, mas passá-lo do laboratório para o ambiente de fábrica vem sendo mais difícil do que se esperava.

Com isso, outros materiais semicondutores monoatômicos, como a molibdenita e os isolantes topológicos, vêm ganhando disparado a corrida rumo a uma tecnologia pós-silício.

Esta nova tecnologia em escala fabril pode colocar o grafeno de novo no páreo.

"Esta é a primeira vez que o grafeno de alta qualidade foi integrado na escala de pastilha [wafer]. O trabalho mostra relevância direta ao revelar moduladores de absorção de alto rendimento e alta velocidade. Essas conquistas impressionantes aproximam muito a comercialização de dispositivos de grafeno nas comunicações 5G," entusiasma-se o professor Frank Koppens, um dos coordenadores do consórcio, que é liderado pela equipe que ganhou o Nobel pelas primeiras pesquisas com o grafeno.

"Tradicionalmente, quando se visa a integração em escala de wafer, a gente cresce uma camada de grafeno do tamanho de uma pastilha e a transfere para o silício," explica a pesquisadora Camilla Coletti. "Transferir uma camada de grafeno com a espessura de um átomo sobre wafers e, ao mesmo tempo, manter sua integridade e qualidade é um desafio.

Da bem conhecida teoria aos componentes reais e funcionais.
[Imagem: S. Marconi et al. - 10.1038/s41467-021-21137-z]

Fotônica de grafeno

A nova técnica de fabricação foi viabilizada pela adoção de matrizes de grafeno de cristal único.

Isso permitiu que a equipe conseguisse fabricar até 12.000 pedaços precisos de grafeno em uma única pastilha de silício, sendo que cada um desses cristais pode ser usado para fazer um componente fotônico.

"A técnica de semeadura, crescimento e transferência de cristal adotada neste trabalho garante grafeno de alta mobilidade em escala de wafer exatamente onde ele é necessário: uma grande vantagem para a fabricação escalonável de componentes fotônicos, como moduladores," acrescentou Coletti.

Além dos moduladores, a equipe demonstrou a construção de fotodetectores, o que é essencial para o uso do grafeno em tecnologias fotônicas, que usam luz em lugar da eletricidade dentro dos chips.

Componentes fotônicos de grafeno oferecem várias vantagens, incluindo absorver luz do ultravioleta ao infravermelho distante, permitindo comunicações em bandas mais largas - em laboratório, já foi demonstrada a transmissão de dados com esses componentes superando a barreira dos 100 gigabits por segundo.

A Fujitsu vem trabalhando no grafeno em escala industrial há mais de uma década, mas até agora a tecnologia tem estado restrita à fabricação de sensores. A Samsung também anunciou a produção de grafeno em escala de pastilhas, mas até agora o material só parece estar sendo avaliado na fabricação de baterias.

Mais tópicos